Que sont les batteries sodium-ion et pourraient-elles remplacer le lithium ?
Les batteries sodium-ion (Na-ion) utilisent des ions sodium au lieu des ions lithium pour stocker et fournir de l’énergie. Le sodium est beaucoup plus abondant et respectueux de l’environnement que le lithium, mais il reste encore plusieurs défis à relever pour faire des batteries sodium-ion le nouveau champion des batteries.
Les batteries deviennent cruciales dans la vie de tous les jours, et celui qui propose une meilleure batterie a le monde sur un plateau. Les batteries sodium-ion sont les principales concurrentes de la couronne détenue par les batteries lithium-ion, mais qu’est-ce qui les rend exactement spéciales ?
Sommaire
Qu’est-ce qu’une batterie sodium-ion ?
Les batteries sodium-ion sont des batteries qui utilisent des ions sodium (de minuscules particules avec une charge positive) au lieu d’ions lithium pour stocker et libérer de l’énergie. Les batteries sodium-ion ont commencé à montrer leur viabilité commerciale dans les années 1990 en tant qu’alternative possible aux batteries lithium-ion, du type couramment utilisé dans les téléphones et les voitures électriques.
Comment fonctionnent les batteries sodium-ion
Les batteries sodium-ion, également appelées batteries Na-ion, utilisent une réaction chimique pour stocker et libérer de l’énergie électrique. Comme toutes les batteries, elles ont deux électrodes (une électrode positive et une électrode négative) séparées par un électrolyte, qui est une substance spéciale qui permet aux ions (minuscules particules de charge positive ou négative) de se déplacer entre les électrodes.
Les batteries sodium-ion fonctionnent de la même manière que les batteries lithium-ion, mais elles utilisent des ions sodium au lieu des ions lithium. Le choix des matériaux pour les électrodes et les électrolytes peut affecter les performances et la durée de vie de la batterie, de sorte que les chercheurs expérimentent constamment différentes combinaisons pour trouver la meilleure combinaison de coût, de performance et de sécurité. Généralement, la cathode (l’électrode négative) et l’électrolyte contiennent du sodium.
Qu’est-ce qui rend les batteries sodium-ion géniales ?
Les batteries lithium-ion dominent le perchoir en ce moment, et il y a beaucoup de recherches pour les rendre encore meilleures qu’elles ne le sont actuellement. Pourtant, les batteries sodium-ion ont quelques avantages distincts par rapport à elles.
- Le sodium est un élément beaucoup plus abondant que le lithium, ce qui le rend plus facile et moins cher à obtenir. Cela pourrait rendre les batteries sodium-ion moins chères à fabriquer que les batteries lithium-ion et plus respectueuses de l’environnement !
- Les batteries sodium-ion ont le potentiel d’offrir une densité d’énergie similaire à celle des batteries lithium-ion, ce qui les rend adaptées à un large éventail d’applications similaires, bien qu’elles n’en soient pas encore là.
- Les batteries sodium-ion sont généralement considérées comme plus sûres que les batteries lithium-ion, car elles sont moins susceptibles de surchauffer et de prendre feu. Bien que plusieurs batteries au lithium expérimentales aient montré une résistance incroyable aux dommages qui feraient exploser les batteries actuelles.
Les inconvénients des batteries sodium-ion
Il n’y a pas de technologie de batterie parfaite, et il y a plusieurs raisons pour lesquelles les batteries sodium-ion n’ont pas encore pris le relais du lithium.
- Les batteries sodium-ion ont une tension plus faible (2,5 V) que les batteries lithium-ion (3,7 V), ce qui signifie qu’elles peuvent ne pas convenir aux applications à haute puissance qui nécessitent beaucoup d’énergie pour être livrées rapidement.
- Ils ont un taux de charge/décharge plus lent que les batteries lithium-ion, ce qui peut ne pas convenir aux applications qui nécessitent beaucoup de puissance à fournir rapidement (comme les véhicules électriques).
- Les batteries sodium-ion ont encore des cycles de charge limités avant que la batterie ne commence à se dégrader, et certaines chimies de batterie lithium-ion (telles que LiFeP04) peuvent atteindre 10 000 cycles avant de se dégrader.
Au-delà de ces avantages et inconvénients techniques, la chaîne de fabrication des batteries sodium-ion a encore quelques problèmes à résoudre avant de devenir un produit commercial à grande échelle. Sans oublier que les ingénieurs et les scientifiques travaillent sur des solutions aux derniers points faibles de cette technologie de batterie.
Le potentiel actuel et futur des batteries sodium-ion
Des chercheurs et des entreprises du monde entier s’efforcent d’améliorer les performances et la viabilité commerciale des batteries sodium-ion. Parmi les principaux domaines d’intérêt, citons l’amélioration de la densité d’énergie et de la tension des batteries sodium-ion, ainsi que l’augmentation de leur durée de vie et de leur taux de charge/décharge.
Si ces efforts sont couronnés de succès, les batteries sodium-ion pourraient devenir une alternative viable aux batteries lithium-ion à l’avenir. Ils pourraient potentiellement être utilisés dans diverses applications, notamment l’électronique portable, les véhicules électriques et les systèmes de stockage d’énergie fixes.
En 2022, des chercheurs du Département américain de l’énergie ont fait une percée majeure dans l’amélioration de la durabilité des batteries sodium-ion. En modifiant une partie de la chimie de la batterie, les batteries prototypes de la taille d’une pièce de monnaie ont duré plus de 300 cycles tout en conservant plus de 90 % de capacité. Cependant, même sans cette nouvelle approche de la chimie, il semble que les batteries sodium-ion soient de toute façon sur le point d’atteindre la production de masse.
La production de masse d’ions sodium a déjà commencé
En décembre 2022, il a été signalé qu’une société nommée HiNa, en partenariat avec la société d’État chinoise China Three Gorges Corporation, avait commencé la production de masse de batteries sodium-ion. La première génération de batteries HiNa offre des chiffres de densité d’énergie de 125Wh/kg, soit environ la moitié de celle des batteries lithium-ion. Cependant, ces batteries sont conçues pour environ 4500 cycles de charge, ce qui est nettement plus que les batteries lithium-ion classiques.
Les batteries au lithium fer phosphate typiques offrent des densités d’énergie similaires aux batteries sodium-ion, et le nombre nominal de cycles de charge est également similaire. Cela place les batteries sodium-ion en concurrence directe avec ces batteries pour des applications telles que l’alimentation par onduleur de secours ou les véhicules électriques.
La prochaine génération de ces batteries HiNa devrait avoir une densité d’énergie de 200 Wh/kg, et les générations suivantes devraient la dépasser. Considérant que certaines voitures électriques utilisant des batteries au lithium ont une densité d’énergie inférieure à 250 Wh/kg, ces premières batteries sodium-ion produites en série ont un sérieux potentiel pour réduire le coût du stockage de l’énergie.
Cependant, tout comme les batteries LiFeP04, ne vous attendez pas à cette technologie dans votre smartphone ou votre ordinateur portable de si tôt. Dans ces petits appareils, la densité d’énergie reste la considération la plus importante. Cependant, ne soyez pas surpris si votre voiture électrique ou votre système de batterie solaire devient un peu plus salé dans un proche avenir.