Les entreprises de batteries au lithium peuvent contribuer à améliorer l'efficacité de l'industrie de l'hydrogène par quatre grandes voies

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■ 肖 伟

À l’heure actuelle, l’industrie de l’énergie hydrogène se trouve à un moment charnière : elle passe de la phase pilote à une rupture à grande échelle, et de la conduite par les politiques à une conduite par le marché. Elle doit faire face à des défis concrets, notamment le coût élevé des composants clés, une insuffisante compatibilité du système, un dispositif de contrôle encore peu mature, et des limites dans l’expansion des scénarios.

L’auteur estime que les entreprises de batteries au lithium peuvent, en s’appuyant sur une accumulation technologique mûre, sur des capacités sur toute la chaîne de valeur et sur une expérience d’exploitation orientée marché, exporter de manière ordonnée les technologies communes, les matériaux génériques, les systèmes de gestion et les produits matures vers le domaine de l’énergie hydrogène, afin de les doter d’une capacité renforcée en profondeur. Elles peuvent ainsi accélérer et améliorer l’efficacité de l’industrie de l’hydrogène grâce à quatre grandes voies. Pour les entreprises de batteries au lithium, une capacité renforcée en profondeur dans l’énergie hydrogène ne libère pas seulement la demande du marché : elle contribue aussi à la mise à niveau technologique et produit, et permet de construire des avantages concurrentiels différenciés, caractéristiques et structurés.

Premièrement, renforcer l’intégration et la synergie du système, afin de faire passer la propulsion à l’hydrogène d’une alimentation en régime stable à une adaptation efficiente à l’ensemble des scénarios.

Les piles à combustible à hydrogène présentent une haute densité énergétique et une longue autonomie, mais leur réponse dynamique est lente, leur efficacité en faible charge n’est pas élevée, et des variations fréquentes de charge entraînent une usure et des pertes. Il est donc difficile de satisfaire aux exigences de conditions d’exploitation complexes, telles que la mobilité, ou encore le stockage d’énergie. Les entreprises de batteries au lithium ont accumulé une expérience approfondie dans le couplage multi-énergies, la répartition de puissance, la récupération d’énergie et la gestion thermique ; elles peuvent ainsi doter directement les systèmes d’hydrogène de leur architecture hybride et de leurs capacités d’intégration mûres, pour bâtir une solution intégrée « pile à combustible + batterie au lithium » en matière de propulsion et de stockage d’énergie. En optimisant les stratégies de gestion de l’énergie, on permet à la pile à combustible de fonctionner de façon stable dans une zone efficace ; la batterie au lithium prend en charge les fonctions de puissance de pointe, de réponse rapide, et d’amortissement pour les démarrages/arrêts. On obtient alors une coopération efficiente où l’hydrogène assure l’alimentation principale et la batterie au lithium régule la charge et complète l’énergie. Une telle démarche améliore non seulement la fiabilité, la durabilité et l’économie du système d’hydrogène, mais elle élargit aussi de manière significative les scénarios d’application, et favorise une mise en œuvre à grande échelle accélérée dans des domaines comme les véhicules commerciaux, les transports ferroviaires, les navires, et le stockage d’énergie distribué.

Deuxièmement, promouvoir la réutilisation des matériaux et des procédés pour aider les composants clés de l’énergie hydrogène à atteindre plus rapidement la mise à l’échelle avec réduction des coûts.

Le coût élevé des matériaux et des composants clés constitue un facteur important qui freine la mise à l’échelle de l’énergie hydrogène. Le lithium et l’hydrogène présentent une grande similarité sur les systèmes de matériaux, les procédés de fabrication, la structure des électrodes, etc. L’« effet d’externalisation » technologique des entreprises de lithium et la synergie de leurs capacités de production peuvent résoudre efficacement les difficultés liées aux coûts dans l’industrie de l’hydrogène. Les entreprises peuvent appliquer des technologies de recherche et développement, telles que le développement de matériaux à métaux de transition, la modification de surface et la régulation de la structure, pour concevoir des catalyseurs de piles à combustible et des matériaux d’électrodes pour la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau, réduisant ainsi la dépendance aux métaux précieux ; elles peuvent aussi exploiter l’expérience acquise dans la conception et la fabrication de membranes à haute stabilité et dans la conception/fabrication des électrolytes afin d’améliorer les performances des membranes et électrodes des piles à combustible et de favoriser la substitution par des produits domestiques ; enfin, elles peuvent transférer des procédés de fabrication mûrs—comme le coating, le laminage, la fabrication des films et l’encapsulation—vers les phases de production en série des empilements de piles à combustible et des composants essentiels. Cela permet d’améliorer la cohérence, le taux de rendement et l’efficacité de production, et de promouvoir une fourniture à faible coût, à grande échelle et standardisée des composants clés de l’énergie hydrogène.

Troisièmement, accélérer l’essaimage des technologies de gestion pour faire évoluer le système d’hydrogène d’une exploitation extensive vers une gestion plus fine et plus précise.

Le développement à grande échelle de l’énergie hydrogène est indissociable d’un système de contrôle sûr, efficace et intelligent. L’industrie des batteries au lithium, après une longue validation par le marché, a déjà mis en place des capacités complètes sur toute la chaîne de gestion : surveillance de l’état, évaluation de la santé, gestion thermique, alerte de défaillance et protection de sécurité. Les entreprises de batteries au lithium peuvent transférer les algorithmes centraux de leur système de gestion de batterie (BMS), leur logique de contrôle et leur expérience d’ingénierie, pour les migrer et les optimiser en un système de contrôle de piles à combustible (FCMS). Celui-ci permettra une surveillance en temps réel et une régulation intelligente de l’état des piles, du fonctionnement de l’hydrogène, de la température, de la pression et du niveau d’efficacité énergétique, tout en améliorant la sécurité du système et son efficacité opérationnelle. Parallèlement, en répliquant le système de fabrication intelligente, de contrôle qualité et de gestion sur l’ensemble du cycle de vie vers le domaine de la fabrication d’équipements liés à l’hydrogène, on peut promouvoir l’unification des normes industrielles, la standardisation des processus et une qualité maîtrisable. On pose ainsi des bases solides en matière de gestion pour un fonctionnement à grande échelle et commercial de l’énergie hydrogène.

Quatrièmement, approfondir la fusion de technologies transversales pour élargir l’application de l’hydrogène, du simple mode de production d’électricité vers des percées multiples dans divers scénarios.

Pour faire grandir et renforcer l’industrie de l’hydrogène, il faut élargir en continu les frontières d’application et innover dans les trajectoires technologiques. Les entreprises de batteries au lithium peuvent, en s’appuyant sur leurs atouts en R&D dans les systèmes électrochimiques, la régulation des interfaces, la conception structurelle et l’intégration des cellules, participer activement à la recherche et au développement de technologies de pointe, comme les batteries lithium-hydrogène, les batteries à ions négatifs d’hydrogène et le stockage solide d’hydrogène. Elles peuvent ainsi promouvoir une intégration profonde entre la technologie lithium et la chimie de l’hydrogène, afin de créer de nouveaux dispositifs de stockage d’énergie à haute densité énergétique, à haute sécurité et rechargeables en cycle. Cela permet non seulement de dépasser les limites de performance des piles à combustible traditionnelles et des batteries au lithium, mais aussi de faire évoluer l’hydrogène, de la phase « côté production » vers la phase « côté stockage ». On peut ainsi former un schéma intégré « production + stockage + applications terminales », ouvrant de plus vastes espaces de marché pour l’énergie distribuée, l’ajustement en pointe du réseau électrique, les sources d’énergie de secours et les équipements spécialisés, tout en insufflant une dynamique de croissance à long terme à l’industrie de l’hydrogène.

Le degré de maturité et la force de l’industrie chinoise des batteries au lithium constituent un avantage unique pour l’industrialisation des technologies liées à l’hydrogène. À l’avenir, avec une intégration système plus efficiente et une réutilisation des matériaux plus approfondie, l’industrie de l’hydrogène devrait pouvoir franchir rapidement les verrous liés aux coûts et aux scénarios. Elle pourra ainsi entrer plus tôt dans une nouvelle phase de développement à grande échelle, et former un nouvel écosystème d’industrie d’énergie nouvelle où les batteries au lithium et l’énergie hydrogène sont entraînées en « double roue », se soutiennent mutuellement et évoluent en synergie.

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Responsable : Gao Jia