Les batteries au sodium valent bien leur sel dans un avenir pas si lointain
Pourquoi est-ce important: La technologie des batteries est l’un de ces domaines qui obtient de nombreux résultats de recherche prometteurs, mais très peu sous la forme de produits commerciaux que nous pouvons utiliser pour alimenter des appareils numériques, des véhicules électriques ou des maisons hors réseau. Cela pourrait bientôt changer grâce aux batteries sodium-ion qui sont plus sûres, plus durables et moins chères à fabriquer que les batteries lithium-ion conventionnelles.
Ce n’est un secret pour personne : les batteries lithium-ion sont à l’avant-garde du stockage d’énergie moderne et constituent un moteur clé des efforts d’électrification dans le monde entier. Cependant, les fabriquer à l’échelle nécessaire pour répondre à la demande croissante semble une tâche presque impossible. Ces dernières années, les producteurs de lithium ont averti que le monde pourrait bientôt être confronté à une pénurie de lithium, peut-être dès 2025.
Un facteur important est que le lithium est passé du statut de métal de niche utilisé dans les industries céramique et pharmaceutique à l’un des métaux les plus demandés en l’espace de quelques décennies. Albemarle – l’une des plus grandes sociétés minières de lithium au monde et à la tête de la renaissance du lithium aux États-Unis – prévoit d’augmenter sa capacité de production à 500 000 tonnes par an d’ici 2030, mais affirme que cela ne suffira toujours pas à satisfaire la demande projetée.
C’est là que la batterie sodium-ion entre en jeu. Même si elle n’a pas bénéficié du même intérêt que le lithium-ion, elle s’annonce comme l’une des grandes avancées technologiques qui peuvent faire du rêve d’électrification une réalité. Les batteries sodium-ion ont une conception similaire aux batteries lithium-ion et peuvent être fabriquées en utilisant des processus industriels identiques ou similaires. Dans ce type de batterie, les ions sodium remplacent les ions lithium dans la cathode et les sels de lithium dans l’électrolyte (le liquide qui aide à transporter la charge entre les électrodes de la batterie) sont remplacés par des sels de sodium.
Les batteries sodium-ion ne sont pas un concept nouveau, mais l’idée de les fabriquer à grande échelle n’a gagné du terrain que ces dernières années. Le sodium est nettement plus abondant que le lithium, il est donc moins cher et plus facile à s’approvisionner tout en étant moins vulnérable aux tensions géopolitiques. Au moment d’écrire ces lignes, le prix du carbonate de sodium plafonne à 286 dollars la tonne métrique, tandis que le carbonate de lithium de qualité batterie coûte 20 494 dollars la tonne métrique.
Les chimistes ont également découvert que les cellules dotées de cathodes à oxyde en couches construites à partir de sodium ne nécessitent pas de métaux coûteux comme le cobalt ou le nickel pour atteindre une densité d’énergie comparable à celle des cellules au lithium fer phosphate (LFP), qui sont largement utilisées dans des véhicules électriques plus abordables. .
Plus tôt ce mois-ci, une équipe de chercheurs japonais de l’Université des sciences de Tokyo a révélé avoir développé une cathode de grande capacité pour les batteries sodium-ion utilisant du carbone dur nanostructuré. Les cellules résultantes peuvent atteindre des densités d’énergie allant jusqu’à 312 Wh par kg, soit environ le double de celle des batteries au lithium fer phosphate. Pour mettre les choses en perspective, cela représente également 1,6 fois la densité énergétique atteinte par les batteries sodium-ion les plus avancées il y a un peu plus de dix ans.
Un autre avantage des batteries sodium-ion est leur capacité à résister à une plage de températures de fonctionnement plus large – de -30°C à 60°C (-22°F à 140°F) ou même 80°C selon la chimie utilisée. C’est pourquoi des entreprises comme Faradion ont déjà commencé à tester des installations de batteries sodium-ion pour le stockage d’énergie stationnaire en Australie.
Plus tôt cette année, une coentreprise entre Volkswagen et JAC Group a dévoilé la première berline électrique alimentée par une batterie sodium-ion. Le véhicule est alimenté par une batterie de 25 kWh qui offre une autonomie relativement modeste allant jusqu’à 250 km (155 miles), mais les deux sociétés vantent des vitesses de charge rapides, de meilleures performances à basse température, ainsi qu’une durée de vie plus longue pour le véhicule. batterie ainsi qu’une diminution plus lente de la capacité à mesure qu’elle vieillit.
James Quinn, PDG de Faradion, affirme que l’avantage en matière de sécurité des batteries sodium-ion ne peut être surestimé. Alors que les cellules lithium-ion doivent être chargées à plus de 30 % avant le transport, les cellules sodium-ion peuvent être déchargées en toute sécurité jusqu’à 0 V, tout comme un condensateur, ce qui élimine la possibilité d’un emballement thermique dû à des courts-circuits. Et comme vous pouvez le voir dans la vidéo ci-dessus, percer une cellule sodium-ion à pleine charge ne la transforme pas non plus en grenade incendiaire.
Si Faradion s’intéresse pour l’instant principalement au stockage d’énergie stationnaire, d’autres sociétés, comme Natron Energy, se lancent déjà dans l’industrie automobile. La startup basée à Santa Clara utilise un matériau couramment produit appelé bleu de Prusse pour fabriquer des électrodes pour ses batteries sodium-ion, qui sont conçues pour entre 50 000 et 100 000 cycles de charge/décharge. Ils peuvent également être complètement rechargés en 15 minutes ou moins.
Natron a récemment conclu un partenariat avec Clarios International pour produire en masse ses batteries sodium-ion dans les installations de Meadowbrook de cette dernière société, dans le Michigan, en utilisant le même équipement que celui actuellement utilisé pour fabriquer des cellules lithium-ion. À mesure que la production s’intensifiera dans les mois à venir, Natron affirme que cela deviendra la plus grande usine de batteries sodium-ion au monde.
Il reste à voir comment les choses se dérouleront pour les batteries sodium-ion, mais contrairement à de nombreuses solutions qui n’ont pas encore été testées à l’extérieur d’un laboratoire, elles semblent prometteuses. Tout dépend de la façon dont les prix des matériaux fluctuent à mesure que la technologie évolue et que de plus en plus d’usines commencent à produire des cellules sodium-ion à grande échelle.
La capacité de production mondiale devrait atteindre 186 GWh par an d’ici 2030, contre 6,5 TWh pour les cellules lithium-ion. Cela signifie que les batteries au sodium ne renverseront probablement pas de sitôt la domination du lithium-ion. Cependant, ils semblent constituer une alternative de plus en plus attractive pour une variété d’applications et ils pourraient devenir la solution incontournable à long terme.
