La batterie sodium-ion : un pas en avant dans le stockage de l’électricité

(Image CEA/ CNRS)

Le remplacement progressif des énergies fossiles par l’électricité à soulevé de nombreuses critiques sincère ou  inspirées par les lobbies des énergies fossiles. Parmi ces critiques la question du stockage de l’énergie électrique produite par lables était régulièrement avancée. Le stockage n’était pas au point parce qu’il ne permettait pas de répondre en tout lieux et à tout moment à toute demande de consommation du fait des limites technologiques des batteries existant sur le marché. D’autre part la technologie lithium-ion utilisé était considérée comme peu vertueuse en matière de protection de l’environnement.
La technologie sodium-ion représentait une alternative plus intéressante. Elle vient de passer, en France, du stade recherche/développement à la production industrielle.

Les inconvénients de la technologie lithium-ion

• L’essentiel de la ressource est situé dans des lacs salés d’Amérique du Sud (Chili, Bolivie et  Argentine), ainsi qu’au Tibet et en Afghanistan. Son mode d’extraction participe  à la dégradation de l’environnement dans ces pays. Cette extraction est le plus souvent opérée par évaporation de l’eau de ces lacs, ce qui consomme de grandes quantités d’eau: et entraine des pénuries qui impacte l’agriculture locale, pollue les sols et les réserves d’eau.
• Pour des raisons très classiques de maximisation de leurs profits les multinationales impliquées dans cette production préfèrent importer le minerai plutôt que de le traiter sur place et créer ainsi de la valeur qui profiterait aux pays andins…Le minerai est donc transporté sur de longues distances jusqu’aux pays industrialisés (USA / Europe / Chine…) pour être traité et incorporé dans les batteries.
• Les batteries lithium-ion impliquent dans leur constitution l’emploi de cobalt, principalement extrait en République Démocratique du Congo et raffiné en Chine dans des conditions sociales et environnementales prohibitives. Il en est de même du graphite extrait en Chine.
• Le recyclage des batteries lithium-ion est complexe, coûteux et représente un danger pour l’environnement

La société Tiamat prévoit de construire sa première ligne de production de batteries sodium-ion à Amiens en 2020.  Elle industrialise ainsi une technologie issue d’un partenariat lancé en 2012 avec le CEA et le CNRS, grâce à une levée de fonds de 3,6 millions d’euros, auprès d’investisseurs comme Finovam Gestion, Picardie Investissement, CNRS Innovation (filiale du CNRS) et  Bpi France ⁽¹⁾. Dans un premier temps il s’agira compte tenu des moyens financiers disponibles d’une production de petites séries pour 2020 qui seront commercialisées dans toute l’Europe.

Les avantages et inconvénients des batteries sodium-ion 

• Les matière premières nécessaires à leur fabrication sont plus facilement disponibles et accessibles
  
• La durée de vie d’une batterie sodium-ion se situe entre 4000 à 8000 cycles, soit une durée de vie d’au moins 10 ans, tandis que celle d’une batterie lithium-ion est de 2000 cycles. ⁽²⁾
• A masse égale une batterie sodium-ion est de 2 à 5 fois plus puissante par unité de masse ⁽³⁾, ce qui permet des charges beaucoup plus rapides que pour les batteries lithium-ion actuelles. La charge serait 10 fois plus rapide : 5 minutes au lieu de 4h… et une durée de vie de l’ordre de 10 ans (4000 cycles d’utilisation
• Au niveau de la sécurité, les batteries sodium-ion chauffent moins et leur recyclage plus aisé et moins dangereux.
• Le procédé de fabrication des batteries sodium-ion est le même que pour les batteries lithium-ion. Il est donc facilement transposable dans les usines et sur les machines actuelles ou en cours de construction. Seuls les matériaux utilisés pour la fabrication des batteries changent…

Mais ce qui reste à améliorer c’est la quantité d’énergie accumulée à masse égale : dans les véhicules électriques les batteries lithium-ion embarquent actuellement 230 Wh/kg (watt / heure par kilogramme) tandis que celles en sodium-ion n’embarquent qu’un peu moins de la moitié, soit 120 Wh/kg.  Selon Tiamat ce désavantage tend à se réduire puisqu’on est passé successivement de 50 Kw/kg en 2015 à 90 Kw/kg en 2017. Le poids constitue donc un handicap à performances égales ce qui signifie que pour les véhicules “tout électrique” le rayon d’action est actuellement plus réduit (de moitié environ à poids égal) pour des batteries sodium-ion par rapport au batteries lithium-ion.

Quelles applications pour les batteries sodium-ion ?

Compte tenu de leurs performances et qualités actuelles (puissance, sécurité, recharge rapide et durée de vie) leur champ d’application devrait plutôt concerner des équipements lourds comme des véhicules ou des dispositifs de stockage stationnaire et peu la téléphonie mobile et la micro informatique. Pour les véhicules hybrides les batteries sodium-ion constituent un atout certain du fait de fournir une meilleure puissance au démarrage et de recharger plus rapidement en utilisant l’énergie de freinage. Elles peuvent aussi être utilisées pour des bus urbains “tout électrique” ou la rapidité de recharge peut compenser la faiblesse de rayon d’action. Pour les automobiles électriques l’autonomie de 200 à 250 km (compensée par la rapidité de recharge) actuellement annoncée devrait suffire à de nombreux  usagers périurbains mal desservis par des transports collectifs. A titre d’exemple et selon des statistiques de l’INSEE parues en 2019, en France 7 salariés sur 10 vont travailler en voiture et 3,3 millions d’entre eux, soit 14% faisaient en 2015 plus de 25 km /jour pour aller travailler…

L’usage des batteries sodium-ion représente un intérêt écologique certain. Les problèmes de déplacements induits par un aménagement anarchique du territoire perpétré depuis près d’un siècle, impliquent le maintien à moyen terme de modes de déplacement individuels. Il est essentiel que ceux-ci soient compatibles avec les impératifs de réduction des GES  imposés par la lutte contre le changement climatique. Car il faudra du temps pour qu’une réorganisation des espaces et des modes de vie aboutisse à des modes de déplacements collectifs plus écologiques…

La rédaction du Clairon de l’Atax le 19/01/2020