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Une batterie sodium-ion dévoilée par un réseau d'industriels et d'académiques français

Une batterie sodium-ion dévoilée par un réseau d'industriels et d'académiques français

© © Vincent GUILLY/CEA

La batterie sodium-ion pourrait être une alternative sérieuse auà la batterie lithium-ion dans certains secteurs. Le réseau français d’industriels et d’académiques RS2E dévoile un prototype de batterie au sodium avancé et qui pourrait facilement être industrialisé avec les  mêmes procédés de fabrication que les batteries lithium-ion. Moins performantes mais beaucoup moins chères, les batteries au sodium sont une option sérieuse pour constituer les futurs moyens de stockage des énergies renouvelables.

Un prototype de batterie sodium-ion a été présenté par le réseau français RS2E (Réseau National de Recherche et Technologie sur le Stockage Electrochimique de l’Energie), au sein duquel des académiques et industriels travaillent ensemble sur des batteries de nouvelle génération. La batterie dévoilée par le RS2E est inédite à plus d’un titre. Il s’agit toute simplement de la première fois qu’une  batterie de cette technologie a été mise au format "18650" (un cylindre de 1,8 cm de diamètre sur 6,5 cm de hauteur), un standard industriel des batteries lithium-ion. Les mêmes procédés et outils industriels utilisés pour les lithium-ions pourraient donc être exploités par ces batteries au sodium, un avantage et une avancée de taille vers leur commercialisation. Pour cela, les acteurs du RS2E ont mis au point la composition précise de la cathode principalement constituée de sodium. Puis un prototype a été mis au point par le CEA au format "18650".

Le sodium, un matériau abondant et peu coûteux

En tant que telle la batterie sodium-ion est très proche de celle de la batterie lithium-ion. Dans la batterie, le processus électrochimique est le même que dans une batterie lithium-ion : les ions sodium passent d’une électrode à l’autre au fil des cycles charge-décharge. Mais en lieu et place du lithium, elle utilise du sodium. Une substitution d’importance, sachant que le sodium est beaucoup moins coûteux que le lithium. Et pour cause, le sodium compose 2,6 % de la croûte terrestre, quand le lithium n’en constitue que 0,06 %. On le trouve notamment dans le sel de mer, le chlorure de sodium. En conséquence, le sodium est aussi beaucoup plus facile à se procurer que le lithium, exploité dans certains pays seulement (Colombie, Chili, Chine…).

Des performances encore plus faibles que la lithium-ion

Si le sodium possède des avantages sur le lithium, concrètement, les performances du prototype présenté par le RS2E sont encore trop faibles pour espérer le supplanter. Le prototype présenté affiche une densité d’énergie massique (quantité d’énergie que l’on peut stocker par kilogramme de batterie) de 90 Wh/kg, contre environ 200 Wh/kg pour les batteries lithium-ion actuelles. Sa durée de vie est de 2 000 cycles (nombre de cycles charge/décharge) contre 5 000 cycles pour les batteries lithium-ion. Pourtant, ces résultats sont encourageants, le RS2E ayant été créé en 2012, on peut s’attendre à ce que ces performances s’améliorent. Il n’est cependant pas certain qu’elles puissent jamais dépasser celles de la batterie lithium-ion. Cela pour des raisons physiques : les ions sodium sont plus lourds que les ions lithium. Trois fois plus légers, ceux-ci permettent de fabriquer des batteries très légères pour l’électronique nomade, que les batteries sodium-ion pourront difficilement remplacer.

Des applications  pour le véhicule électrique ou le stockage des énergies renouvelables

Mais pour d’autres applications, le sodium a de l’avenir. Le RS2E vise d’abord les applications concernées par le format "18650". C’est pourquoi il a travaillé autant sur l’industrialisation des batteries sodium-ion dans ce format que sur leur capacité. Les véhicules électriques pourraient donc être concernés. Après tout, les voitures de la firme californienne Tesla possèdent dans leur plancher des cellules lithium-ion de ce format. La Tesla S en embarque avec elle 6 600 unités pour une capacité de 80 kWh. Les batteries sodium-ion pourraient aussi avoir un bel avenir pour le stockage des énergies renouvelables, pour lequel le premier enjeu n’est pas de réduire le poids des batteries, mais surtout leur coût ! Soit précisément ce que peuvent apporter les batteries sodium-ion. Actuellement, les meilleures batteries lithium-ion assument encore un coût de 250 euros/ kWh.

Renault, Saft et Alstom comme industriels du RS2E

14 industriels adhèrent au réseau via une cotisation annuelle de 0,55 Millions d’euros, indique le site internet de RS2E. Parmi eux, on trouve Renault, Saft, EDF, EADS Astrium ou encore Solvay… Ce devrait être chez eux que les premières batteries de ce genre trouvent des applications sur le marché. A moins que d’autres ne leur ravisse ce privilège. En effet, précise un article du CNRS sur l’innovation, la concurrence est rude. Tant au niveau des laboratoires académiques qu’industriels. Toyota travaille sur un prototype de batterie de voiture sodium-ion. La start-up anglais Faradion a quant à elle avec l’Université d’Oxford fait une première démonstration de vélo électrique à batterie sodium-ion.

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