Pourquoi construire une voiture électrique est si cher, pour l’instant

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1. Pourquoi les batteries EV sont-elles si chères?

En grande partie à cause de ce qu’ils contiennent. Un véhicule électrique utilise les mêmes batteries lithium-ion rechargeables que celles de votre ordinateur portable ou de votre téléphone portable, elles sont juste beaucoup plus grosses pour leur permettre de fournir beaucoup plus d’énergie. Le composant le plus cher dans chaque cellule est la cathode, l’une des deux électrodes qui stockent et libèrent une charge. En effet, les matériaux nécessaires aux cathodes pour contenir plus d’énergie sont souvent chers: des métaux comme le cobalt, le nickel, le lithium et le manganèse. Ils doivent être extraits, traités et convertis en composés chimiques de haute pureté.

2. Combien parlons-nous?

Aux tarifs et aux tailles de pack actuels, le coût moyen de la batterie pour un véhicule électrique typique s’élève à environ 7 350 $. Cela a beaucoup baissé – 87% au cours de la dernière décennie, selon BloombergNEF. Mais le prix moyen du pack de 156 $ le kilowattheure (contre environ 1183 $ en 2010) est toujours au-dessus du seuil de 100 $ auquel le coût d’un véhicule électrique devrait correspondre à celui d’une voiture à moteur à combustion interne. Cela aiderait à déclencher une adoption massive.

3. Comment les batteries seront-elles moins chères?

Les coûts ne devraient pas continuer à baisser aussi rapidement, mais les packs lithium-ion sont en passe de chuter à 93 dollars par kWh d’ici 2024, selon les prévisions de la BNEF. Pour y parvenir, l’un des objectifs des fabricants est de remplacer le cobalt coûteux par du nickel. Cela présente un double avantage: le nickel est moins cher et il contient également plus d’énergie, permettant aux fabricants de réduire le volume nécessaire. D’autre part, l’avantage du cobalt est qu’il ne surchauffe pas et ne prend pas feu facilement, ce qui signifie que les fabricants doivent effectuer des ajustements de sécurité lorsqu’ils utilisent un substitut. Panasonic Corp. au Japon prévoit de commercialiser une version sans cobalt d’une batterie à haute énergie dans deux à trois ans; d’autres fournisseurs produisent déjà des produits à plus faible consommation d’énergie. Il y a aussi une attention sur les batteries, qui ressemblent souvent à des valises surdimensionnées, qui abritent des rangées de cellules individuelles. Simplifier la conception et utiliser un produit standard pour une gamme de véhicules – plutôt qu’un pack adapté à chaque modèle – permettra de réaliser des économies supplémentaires.

4. Quels sont les plus grands fabricants?

L’Asie domine la fabrication de cellules lithium-ion, représentant plus de 80% de la capacité existante. La majorité de cette puissance se trouve en Chine. L’Europe construit de nouvelles usines et dépassera l’Amérique du Nord dans la fabrication de cellules à partir de 2021, selon Wood Mackenzie Ltd. Dans l’ensemble, la société chinoise Contemporary Amperex Technology Co. Ltd. (CATL) a expédié les volumes les plus élevés en 2019, y compris les batteries destinées à l’alimentation. grilles et systèmes de stockage. C’est un domaine plus serré dans la course à l’approvisionnement des constructeurs automobiles, où Panasonic a mené l’année dernière. La société sud-coréenne LG Chem Ltd. a pris de l’avance en 2020, capturant environ un quart du marché au cours des huit premiers mois, selon SNE Research. La coentreprise de Tesla et Panasonic est le plus grand producteur de batteries aux États-Unis. Les producteurs émergents comprennent Northvolt AB en Suède, fondée par d’anciens dirigeants de Tesla, et Gotion High-tech Co. en Chine.

5. Toutes les batteries EV sont-elles identiques?

La technologie au lithium-ion a dominé le secteur des batteries rechargeables depuis sa commercialisation par Sony Corp. en 1991. L’amélioration de la durée de vie, de la puissance, du poids et des coûts a aidé les composants à passer des caméscopes aux SUV, aux bus et aux ferries. Alors que les cellules lithium-ion, comme toutes les batteries, ont les mêmes composants de base: deux électrodes – une cathode et une anode – et un électrolyte qui aide à transférer la charge entre elles, il existe des différences dans les matériaux utilisés, et c’est la clé pour la quantité d’énergie qu’ils détiennent. Les systèmes de stockage en réseau, ou les véhicules parcourant de courtes distances, peuvent utiliser une chimie cathodique moins chère et moins puissante qui combine le lithium, le fer et le phosphate. Pour les véhicules plus performants, les constructeurs automobiles privilégient des matériaux plus denses en énergie, comme l’oxyde de lithium-nickel-manganèse-cobalt ou l’oxyde de lithium-nickel-cobalt-aluminium. D’autres améliorations visent à améliorer l’autonomie – la distance qu’un véhicule peut parcourir avant de se recharger – ainsi que la vitesse de charge, tout en équilibrant des facteurs tels que la résistance au feu. Les récents incendies de batteries et les rappels de véhicules ont mis en évidence des problèmes de sécurité.

6. De quelle autre manière les coûts peuvent-ils diminuer?

Il y a le processus de fabrication lui-même et les machines nécessaires. Tesla a commandé la plus grande machine de coulée jamais fabriquée qui produira toute la partie arrière d’une voiture en une seule pièce d’aluminium moulé sous pression. L’intégration de la batterie avec un châssis de véhicule pourrait également réduire le volume de matériau utilisé. Les moteurs électriques – qui représentent jusqu’à un dixième du coût d’une voiture – devraient être environ 5% moins chers dans les deux prochaines années avec des améliorations à la fois des matériaux et de l’électronique qui transmettent la puissance entre la batterie, le moteur et les roues d’un véhicule. , Dit BNEF.

7. La Chine est donc en pole position?

Oui, dans presque tous les aspects, à quelques exceptions près. La Chine est responsable d’environ 80% du raffinage chimique qui convertit le lithium, le cobalt et d’autres matières premières en ingrédients de batterie, bien que les métaux eux-mêmes soient en grande partie extraits en Australie, en République démocratique du Congo et au Chili. La Chine domine également les processus de fabrication de pièces de batterie, y compris la capacité des cathodes, des anodes, des solutions électrolytiques et des séparateurs, selon les données du BNEF. Mais la Chine est confrontée à un défi rare en matière de conception et de logiciels avancés de semi-conducteurs, des composants de plus en plus importants à mesure que les véhicules deviennent plus connectés et autonomes. Moins de 5% des puces automobiles sont fabriquées en Chine, selon China EV 100, un groupe de réflexion. Par exemple, les principaux acteurs des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT) sont Infineon Technologies AG et Semikron AG en Allemagne et les sociétés japonaises Mitsubishi Motors Corp., Fuji Electric Co. et Toshiba Corp. Ces commutateurs à haut rendement réduisent la puissance. perte et améliorer la fiabilité des voitures électriques.

8. Le coût est-il le seul obstacle?

Il y a toujours un problème avec l’autonomie. Alors que les véhicules électriques les plus chers peuvent parcourir 640 kilomètres ou plus avant une recharge, les consommateurs qui envisagent des modèles plus courants restent inquiets de la fréquence à laquelle ils devront se recharger. Les constructeurs automobiles et les gouvernements sont devenus directement impliqués dans le déploiement de l’infrastructure de recharge publique, conscients de la nécessité de dissiper les craintes de ne pas trouver une pompe électrique en déplacement. Des pays de la Chine à l’Allemagne en passant par le Canada construisent des bornes de recharge dans le cadre des mesures de relance adoptées pour lutter contre la crise économique induite par le coronavirus. Des millions d’unités sont installées sur les autoroutes, dans les banlieues et dans les parkings des centres commerciaux, mais la distribution est inégale – plus d’un quart de tous les connecteurs publics aux États-Unis se trouvent dans un seul État, la Californie – et tous les chargeurs ne sont pas compatibles avec chaque modèle EV. La plupart des recharges devraient avoir lieu à domicile, ce qui signifie un autre coût pour les consommateurs, avec un prix moyen d’environ 1 000 $ par système.

9. Qu’y a-t-il au coin de la rue?

Une foule d’innovations sont observées passer des laboratoires aux chaînes de production d’ici la fin de la décennie. La société californienne Sila Nanotechnologies Inc. ajoute du silicium dans les anodes de batterie à la place du graphite pour permettre à une seule charge de durer au moins 20% plus longtemps. Toyota Motor Corp.et des startups américaines, dont QuantumScape Corp., se précipitent pour commercialiser des batteries lithium-ion à semi-conducteurs, qui révisent l’architecture d’une cellule pour remplacer les liquides inflammables qui permettent la charge et la décharge avec de la céramique, du verre ou des polymères. C’est une avancée qui, selon les avocats, peut stimuler le stockage d’énergie, réduire les coûts, améliorer la sécurité et réduire les temps de recharge. CATL est prêt à produire une batterie à très longue durée de vie qui dure 16 ans et 2 millions de kilomètres (1,24 million de miles) – une garantie de batterie typique couvre aujourd’hui environ 150000 miles ou huit ans. Cela signifie qu’un seul pack peut être déployé dans plusieurs véhicules ou pour plusieurs tâches différentes. Alors que les premières voitures électriques prennent leur retraite, il existe également un secteur en développement rapide visant à réutiliser les batteries pour des tâches moins pénibles ou à recycler les métaux qu’elles contiennent.

(Une version antérieure corrigeait le nom d’une entreprise dans la dernière question)

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