Ce matériau abondant pourrait débloquer des batteries moins chères pour les véhicules électriques

May 24, 2023

Les batteries à base de sodium pourraient commencer à arriver sur le marché cette année, si les entreprises donnent suite à leurs plans.

Déplacez-vous, lithium - il y a une nouvelle chimie de batterie en ville.

Le lithium est actuellement le maître du monde des batteries, un ingrédient clé des batteries qui alimentent les téléphones, les véhicules électriques et même stockent l'énergie sur le réseau électrique.

Mais alors que les inquiétudes concernant la chaîne d'approvisionnement des batteries augmentent, les scientifiques cherchent des moyens de réduire les ingrédients les plus chers et les moins facilement disponibles de la technologie des batteries. Il existe déjà des options qui réduisent le besoin de certains, comme le cobalt et le nickel, mais il y a eu peu de recours pour ceux qui cherchent à détrôner le lithium.

Au cours des derniers mois, cependant, les fabricants de batteries et les constructeurs automobiles en Chine ont annoncé des incursions dans un nouveau type de chimie des batteries qui remplace le lithium par du sodium. Ces nouvelles batteries sodium-ion pourraient aider à réduire les coûts du stockage stationnaire et des véhicules électriques, si la technologie peut répondre aux attentes élevées des entreprises.

En mars, JAC Motors, un constructeur automobile basé en Chine, a publié des photos d'une voiture chartreuse qui, selon lui, était le premier véhicule au monde construit avec des batteries sodium-ion. Le véhicule compact était équipé d'une batterie de 25 kilowattheures fabriquée par une autre société chinoise, HiNa Battery, et un communiqué de presse affirmait que l'autonomie de la voiture pouvait atteindre 250 kilomètres (155 miles). En avril, le plus grand fabricant chinois de batteries pour véhicules électriques, CATL, a annoncé qu'il avait développé une batterie sodium-ion qu'il prévoyait de commercialiser dans un véhicule fabriqué par le constructeur automobile Chery. Aucune des quatre entreprises n'a répondu à une demande de commentaire.

"Ils font ces annonces assez intéressantes. Il manque aussi beaucoup de détails", explique Andy Leach, analyste du stockage d'énergie à la BNEF. Ni CATL ni HiNa n'ont publié de calendrier de production ou de mesures de performance détaillées pour les batteries, ni même révélé les types spécifiques de batteries sodium-ion qu'ils prévoient d'utiliser. Le mystère n'est pas surprenant pour ces grandes entreprises, dit Leach : "Ils ont tendance à garder leurs cartes près de leur poitrine." Mais cela laisse des questions sur la préparation des batteries sodium-ion pour les vrais véhicules.

Les batteries à base de sodium ne sont pas nouvelles, mais des lacunes techniques les empêchaient auparavant de prendre le lithium. Les batteries sodium-ion s'usent traditionnellement rapidement et elles ont toujours une densité d'énergie inférieure à celle du lithium-ion, explique Shirley Meng, chercheuse en batteries à l'Université de Chicago et au Laboratoire national d'Argonne.

Une usine prévue marque une étape importante aux États-Unis pour les nouvelles batteries qui permettent des véhicules électriques à moindre coût et plus durables.

Cela signifie que pour stocker la même quantité d'énergie, une batterie à base de sodium devra être plus grosse et plus lourde que la batterie au lithium équivalente. Pour les véhicules électriques, cela signifie une autonomie plus courte pour une batterie de même taille.

Une batterie plus lourde et moins chère peut être préférable dans certaines circonstances, comme pour les véhicules électriques plus petits et bas de gamme courants en Chine. L'autonomie annoncée par JAC est comparable à celle du Wuling Hongguang Mini, l'un des véhicules électriques les plus populaires de Chine, dont la version longue portée peut parcourir jusqu'à 280 km (175 miles) avec une seule charge.

Un marché un peu plus facile pour les batteries sodium-ion pourrait être les installations de stockage stationnaires, comme celles utilisées pour fournir une alimentation de secours pour une maison ou une entreprise ou sur le réseau électrique. Certaines entreprises, comme la société américaine Natron, développent la chimie spécifiquement pour les applications stationnaires, où la taille et le poids ne sont pas aussi critiques que dans une voiture en mouvement.

Les batteries sodium-ion sont en développement depuis plus d'un demi-siècle et leurs performances se sont constamment améliorées, avec des gains particulièrement importants au cours de la dernière décennie, a déclaré Meng. Les chercheurs en batterie ont résolu des problèmes antérieurs de durée de vie, en partie en trouvant des électrolytes plus compatibles (le liquide qui aide à transporter la charge dans une batterie) pour les matériaux d'électrode utilisés dans les cellules sodium-ion. Les chercheurs ont également développé de meilleurs matériaux d'électrode pour augmenter la densité d'énergie des batteries.

Mais la véritable raison de la popularité soudaine des ions sodium est que les mines de lithium et les installations de traitement s'efforcent de répondre à la demande croissante de batteries pour véhicules électriques.

Le monde ne manquera pas de matériaux nécessaires pour les véhicules électriques ou les infrastructures d'énergie renouvelable de si tôt. Les réserves estimées suggèrent que la croûte terrestre contient beaucoup de lithium pour des milliards de véhicules électriques. Mais ajouter l'infrastructure pour extraire le lithium et d'autres matériaux du sol et les traiter pour les utiliser dans les batteries s'avère être un défi. Dans la plupart des régions du monde, la construction d'une nouvelle mine peut prendre près d'une décennie.

Les véhicules électriques existent depuis des décennies. Maintenant, ils sont enfin devenus courants.

La demande de lithium a explosé en raison de l'intérêt accru pour les véhicules électriques, qui représentaient environ 13 % des ventes mondiales de véhicules en 2022. Une demande plus élevée a fait grimper les prix : le prix du carbonate de lithium, un matériau utilisé dans les batteries, a pratiquement triplé entre novembre 2021 et novembre 2022 avant de finalement commencer à redescendre.

La volatilité des prix du lithium et la demande en constante augmentation ont ouvert la porte à d'autres produits chimiques, a déclaré Meng, ajoutant : "Je pense que le sodium est considéré comme une bonne alternative pour soulager cette pression". Contrairement au lithium, le sodium peut être produit à partir d'un matériau abondant : le sel. Étant donné que les matières premières sont bon marché et largement disponibles, les batteries sodium-ion pourraient être nettement moins chères que leurs homologues lithium-ion si davantage d'entreprises commencent à en fabriquer davantage.

Mais si les conditions du marché ont ouvert la porte aux alternatives au lithium, elles pourraient tout aussi bien la fermer. Le sort des batteries sodium-ion sera probablement "directement lié au coût du lithium", déclare Jay Whitacre, chercheur sur les batteries à l'Université Carnegie Mellon et ancien fondateur d'une société de batteries sodium-ion appelée Aquion.

Si les batteries sodium-ion font leur entrée sur le marché en raison du coût et de la disponibilité des matériaux, la baisse des prix du lithium pourrait les mettre dans une position difficile. Il est déjà assez difficile de fabriquer de nouvelles batteries et de les construire à grande échelle, dit Whitacre. Il est encore plus difficile de poursuivre une cible mouvante de batteries lithium-ion en constante amélioration et de moins en moins chères.

Le sodium pourrait se retrouver dans les batteries des véhicules électriques en Chine dès la fin de cette année, mais la technologie ne renversera probablement pas le lithium. Au contraire, le monde des batteries continuera probablement à se diversifier et à se diversifier, les entreprises développant davantage d'options de batteries pour différentes situations. Il y a des "coins et recoins" sur le marché des batteries, comme le dit Whitacre, et bientôt, le sodium-ion pourrait enfin trouver sa place.

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