Les batteries sodium ion pourraient faire baisser le coût des véhicules électriques : un tournant pour le secteur?

Les batteries sodium-ion pourraient faire leur entrée sur le marché des batteries dès la fin de cette année. Selon le Massachusetts Institute of Technology Review, le magazine de la prestigieuse université d’ingénierie du MIT, elles pourraient réduire massivement le coût des voitures électriques. Qu’est-ce que cela signifie ?

Le marché des batteries est actuellement dominé par les batteries lithium-ion. Elles équipent la plupart des smartphones, des ordinateurs portables et des véhicules électriques. Avec l’augmentation de la demande de voitures électriques, d’importantes pénuries de lithium sont attendues dans les décennies à venir. C’est pourquoi on s’oriente de plus en plus vers un concurrent du lithium (Li) : le sodium (Na). Les batteries sodium-ion (ou batteries au sodium) seraient beaucoup plus rentables. Trends a demandé à Jonas Mercken, doctorant à l’UHasselt et travaillant pour l’institut de recherche Energyville, en quoi consistait cette technologie.

JONAS MERCKEN. “L’ion sodium peut être considéré comme plus rentable en raison de la quantité de sodium présente dans la croûte terrestre. Cette quantité est de 2,83 % pour le sodium, contre “seulement” 0,01 % pour le lithium. En outre, le sodium est plus dispersé dans la croûte terrestre et dépend moins de la géopolitique (il n’y a pas de « hotspots » pour le sodium comme, par exemple, le triangle ABC pour le lithium en Amérique du Sud). Une autre raison importante, qui découle en partie de ce qui précède, est que le matériau de départ pour la production des composants du Na (Na2CO3) est beaucoup moins cher. Le Li2CO3 coûte 66 150 euros par tonne, contre 390 euros par tonne pour le Na2CO3 (sur la base des données de février 2023).

“Les batteries sodium-ion peuvent donc être considérées comme plus rentables que le lithium. Il est important de noter que les éléments utilisés pour les cathodes et les anodes doivent également être pris en compte (notamment le vanadium et le fer). Dans ce cas, la rentabilité devient plus complexe”.

“Le sodium est similaire au lithium à certains égards, et les cellules fabriquées avec ce matériau peuvent atteindre une tension similaire à celle des cellules lithium-ion (ce qui signifie que les réactions chimiques qui alimentent la batterie sont presque aussi puissantes)”, écrit la MIT Review. En 2022, la densité énergétique des batteries sodium-ion était à peu près égale à celle de certaines batteries lithium-ion moins chères il y a dix ans, lorsque les premières voitures électriques commerciales, telles que le Roadster de Tesla, circulaient déjà sur les routes américaines. Selon les prévisions de la société de données BloombergNEF, les batteries sodium-ion pourraient atteindre une densité énergétique de près de 150 wattheures par kilogramme d’ici à 2025. Toutefois, les meilleures batteries lithium-ion ont une densité énergétique de 265 wattheures par kilogramme.

En bref : bien qu’elle ne soit pas encore comparable à celle des batteries lithium-ion, la densité énergétique des batteries sodium-ion augmente. Arriveront-elles un jour à surpasser les premières ?

MERCKEN. “En théorie, on ne s’attend pas à ce que les batteries sodium-ion aient une densité énergétique plus élevée, bien au contraire. En effet, le potentiel de réduction standard en valeur absolue du sodium (-2,71 V) est inférieur à celui du lithium (-3,04 V), et la masse du sodium est supérieure à celle du lithium. En particulier lorsque l’on compare des matériaux actifs analogues (par exemple NaFePO4 par rapport à LiFePO4), le matériau à base de lithium aura théoriquement une capacité plus élevée. Par défaut, les matériaux actifs à base de sodium ont une capacité inférieure d’environ 10 % à celle des matériaux à base de lithium. Bien sûr, il peut toujours arriver que l’on découvre des matériaux actifs à base de sodium qui n’ont pas d’analogue au lithium (connu), mais cela ne peut pas être prédit avec certitude.

Il arrive également que les spécialistes de la chimie des batteries comparent des pommes et des poires, c’est-à-dire qu’ils comparent un matériau actif au lithium “faible” à un matériau actif au sodium “fort”. On pourrait alors dire que la batterie sodium-ion a une densité énergétique plus élevée, mais nous ne pensons pas que ce soit la façon la plus correcte de comparer sur le plan scientifique.

Où en est la mise en œuvre généralisée ? Quelles sont les entreprises qui l’ont déjà adoptée dans le monde ?

MERCKEN. “Selon les rapports de BYD et CATL (pour Contemporary Amperex Technology Ltd, leader mondial de batteries pour voitures électriques), la commercialisation à grande échelle de la batterie sodium-ion devrait débuter dans la deuxième partie de cette année. Les batteries qu’ils prévoient d’utiliser dans un premier temps seront une combinaison de batteries lithium et sodium-ion pour les voitures électriques. Les autres entreprises actives dans le domaine des batteries sodium-ion sont Tiamat, HiNa Battery et Faradion. En outre, les batteries sodium-ion seront principalement utilisées comme batteries stationnaires.”

Existe-t-il d’autres innovations dans le domaine des batteries sans lithium ?

MERCKEN. “D’autres exemples d’innovations en matière de batteries sans lithium sont principalement en phase de recherche. Il s’agit notamment des batteries magnésium-ion, calcium-ion, aluminium-ion et zinc-ion.”

Laurens Bouckaert