Des scientifiques ont créé la première batterie au sodium à l’état solide sans anode au monde qui, selon eux, revient moins cher que les batteries au lithium qui dominent le marché.
Cette nouvelle avancée a été réalisée par des chercheurs du Laboratoire pour le stockage et la conversion de l’énergie (LESC) de l’Université de Chicago. Les batteries traditionnelles possèdent une anode qui stocke des particules atomiques chargées appelées ions. Lorsque la batterie est activée, les ions circulent de l’anode à la cathode, ou au collecteur de courant, afin d’alimenter les appareils.
Cependant, la nouvelle batterie du LESC n’utilise pas d’anode. Les ions sont stockés dans un « dépôt électrochimique de métal alcalin » directement sur la cathode.
« Cette approche permet d’augmenter la tension des cellules, d’en réduire le coût et d’accroître la densité énergétique », peut-on lire dans un communiqué de presse daté du 3 juillet.
En outre, la plupart des batteries utilisent le lithium-ion. Or, le lithium est un élément rare. Cette nouvelle batterie résout le problème en utilisant « du sodium abondant et peu coûteux et non du lithium », précise le LESC.
« Cette nouvelle forme de batterie sera plus abordable et plus respectueuse de l’environnement. Grâce à sa conception innovante à l’état solide, la batterie restera sûre et puissante », selon le communiqué. La batterie peut fonctionner en toute stabilité pendant plusieurs centaines de cycles.
Le sodium est beaucoup plus répandu et moins cher que le lithium, ce qui lui confère un avantage considérable pour la production de batteries.
Les gisements de lithium se trouvent dans des sites concentrés géographiquement : le Chili, la Bolivie et l’Argentine détenant à eux trois plus de 75 % de l’offre mondiale. En revanche, le sodium est plus facile à trouver dans l’eau des océans et dans les mines de carbonate de soude, précise le communiqué de presse.
Le sodium présente toutefois quelques inconvénients. Sa densité énergétique est inférieure à celle du lithium, selon un article de Blackridge Research and Consulting. Les batteries sodium-ion ne peuvent donc pas produire une charge aussi importante que leurs équivalents au lithium.
En outre, le sodium est trois fois plus lourd que le lithium, ce qui se traduirait probablement par des batteries plus encombrantes, a souligné Blackridge.
Les batteries au lithium présentent un risque plus élevé d’emballement thermique et de combustion. En comparaison, les piles au sodium sont beaucoup moins sujettes à ces risques et sont donc plus sûres contre les incendies.
Un article détaillé sur les recherches du LESC a été publié dans la revue Nature Energy le 3 juillet.
« Bien que des batteries au sodium, à l’état solide et sans anode aient déjà existé, personne n’avait réussi à combiner ces trois composantes jusqu’à présent », a déclaré Grayson Deysher, premier auteur de l’étude.
Contrer la domination chinoise
Selon un article publié en décembre 2023 par le service de recherche ING, le passage aux batteries sodium-ion permettrait de contrer la domination chinoise dans le secteur des batteries.
« Alors que la Chine ne représentait qu’environ 15 % de l’approvisionnement mondial en lithium brut en 2022, près de 60 % du raffinage du métal des batteries pour fabriquer des produits spécifiques aux batteries se fait en Chine », a déclaré ING. « La Chine produit les trois quarts des batteries lithium-ion. »
« Le sodium est l’une des ressources les plus abondantes et les plus répandues géographiquement sur Terre. […] Il est moins cher et plus abondant que le lithium, ce qui le rend moins sensible aux problèmes de disponibilité des ressources et à la fluctuation des prix. »
La domination chinoise présente des risques si d’autres pays devaient s’orienter vers le développement de l’électrification et si Pékin décidait de restreindre son offre, a indiqué le groupe de recherche.
ING a noté que la Chine dominait également le secteur des batteries sodium-ion. Toutefois, le coût moins élevé et l’abondance du sodium permettront de mettre en place de nouvelles chaînes d’approvisionnement à travers le monde.
En novembre 2023, le ministère américain de l’Énergie a annoncé son intention d’investir jusqu’à 3,5 milliards de dollars dans des entreprises afin de stimuler la production américaine de batteries de pointe.
L’investissement devrait servir à développer des installations nationales de traitement des minerais de qualité batterie, des composants pour batteries et des installations de fabrication de blocs de cellules. L’investissement se concentrera également sur les technologies de la prochaine génération, outre le lithium, a déclaré le ministère.
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