Les composites silicium-carbone, matériaux d’avenir pour les anodes des batteries

Avec une énergie spécifique d’au moins 330 Wh/kg, une densité volumétrique de 842 Wh/litres et une autonomie pouvant atteindre 1 200 cycles avec des cellules de 4 à 10 Ah, Sionic Energy revendique des records de performance pour ses batteries silicium. Avec cette technologie, la recharge d’un véhicule électrique en seulement dix minutes est de l’ordre du possible !

Pour atteindre de telles performances, le fabricant américain a travaillé pendant plusieurs années à la sélection des meilleurs matériaux. Le constructeur s’est ainsi tourné vers Group14Technologies, un fabricant de matériaux pour les batteries qui se démarque de ses concurrents avec son composite silicium-carbone breveté : le SCC55.

Les bénéfices des batteries avec anodes silicium

Les batteries au silicium sont une évolution des batteries lithium-ion, dans le sens où les anodes en graphite sont remplacées par des anodes en silicium. Pourquoi ce choix ? En raison des propriétés physiques du silicium, qui lui permettent de stocker au moins cinq fois plus d’ions lithium que le graphite.

Néanmoins, l’utilisation d’anodes au silicium présente des défis de conception, notamment à cause du phénomène de dilatation du silicium pendant la charge qui peut endommager la batterie et réduire sa durée de vie. C’est justement ce problème qu’a résolu Group14Technologies, puisque son matériau composite, dont la structure nanométrique poreuse à base de carbone rappelle celle d’une éponge, permet au silicium de se dilater sans risque d’endommagement.

Par ailleurs, l’entreprise possède un autre avantage sur ses concurrents : elle a opté pour du silicium amorphe, qui offre une stabilité et une durée de vie plus élevées que les formes cristallines.

Un moyen de s’affranchir de la domination chinoise sur les batteries au lithium

Mais les performances du SCC55 ne sont pas les seuls atouts mis en avant par Sionic. D’une part, le SCC55 et la plate-forme de batteries de Sionic sont compatibles avec une production en continu dans les installations lithium-ion existantes, ce qui permet de réduire les coûts de production et d’accélérer la commercialisation.

D’autre part, bien que la Chine reste leader sur la fabrication de batteries et soit également en train de développer son propre secteur des anodes en silicium, cet ingrédient technologique fabriqué (et breveté) aux USA et non en Chine est également le bienvenu dans le contexte de guerre commerciale que se livrent les deux pays.

Un engouement pour la technologie silicium amené à se poursuivre

Ce matériau révolutionnaire qu’est le SCC55 a déjà fait ses preuves, puisqu’il est présent dans des millions de smartphones de la société chinoise Honor. Grâce à cette technologie, le dernier modèle, Magic 7 lite, sorti en janvier 2025, affiche ainsi une capacité de batterie de 6 600 mAh et un temps de recharge de l’ordre d’une trentaine de minutes.

Au-delà du SCC55, le concurrent de Honor, Xiaomi, s’intéresse également aux batteries à base de silicium. Le Xiaomi Mi 11 Ultra, sorti en 2021, embarquait lui aussi une batterie contentant une anode composite graphite-silicium et ce sera également le cas du prochain modèle Xiaomi 14 Ultra (capacité 5 300 mAh). Par ailleurs, des rumeurs évoquent une capacité comprise entre 6 650 et 7 500 mAh pour le prochain Redmi Turbo 4, ce qui ne laisse guère de doute quant aux choix technologiques !

La généralisation des technologies d’anodes à base de silicium n’est donc qu’une question de temps. C’est vrai pour les smartphones, mais ça l’est aussi pour les autres applications, notamment en mobilité électrique. La signature en 2023 d’un accord commercial entre Panasonic Energy (fournisseur de Tesla) et le californien SILA, fournisseur du matériau d’anode Titan Silicon et concurrent de Group14, est d’ailleurs un indicateur qui ne trompe pas.

Selon Ed Williams, PDG de Sionic Energy, « La plupart des grandes entreprises de batteries ou de transport ont une stratégie en matière de silicium. » Il fait également une prévision : « les batteries avec des anodes comprenant 30 à 100 % de silicium seront largement commercialisées d’ici trois à cinq ans. »

Pour lui, la question n’est donc pas de savoir si les anodes au silicium vont intégrer les batteries, mais plutôt quelle quantité de silicium elles contiendront.