Les batteries de demain… au sodium ?

Et si les prochaines batteries étaient écologiques et se rechargeaient avec un minéral abondant dans la nature : le sodium ? Cette ressource est au cœur des recherches à l’échelle internationale. La Chine, le Japon, le Royaume-Uni et la France sont depuis quelques années dans la course à l’innovation.

Pour faire face à cette rude concurrence, La France a formé un partenariat prestigieux entre le CNRS, le CEA, des universités et des industriels, duquel est né le RS2E : le réseau sur le stockage électrochimique de l’énergie. Résultat ? Un premier prototype dévoilé en 2015. Aujourd’hui, l’enjeu est d’améliorer la performance de ces nouvelles batteries pour une application industrielle au plus vite. Jean-Marie Tarascon, directeur du RS2E et professeur au Collège de France, nous dit tout sur l’avancée des recherches autour de ces nouvelles batteries.

@CNRS photothèque_Cyril FRESILLON

 

Pouvez-vous nous présenter en quelques mots le mécanisme de votre batterie au sodium ?

C’est une batterie dont le principe de fonctionnement est proche du lithium-ion car constituée de deux électrodes d’insertion et d’un électrolyte organique. Sauf que ce sont des ions sodium qui circulent entre les électrodes au lieu d’ions lithium. Mais remplacer simplement le lithium par du sodium ne peut être fait aveuglément : les ions Na+ sont plus épais et moins acides que des ions Li+. Il a donc fallu changer certains composants de la batterie dont notamment l’électrolyte. Grâce à l’ajout de quantités infimes d’additifs bien choisis, nous avons obtenu un « cocktail magique » qui permet à la technologie Na-ion de concurrencer son homologue Li-ion en termes de puissance et autres.

 

Pourquoi le sodium ?

Cette idée n’est pas nouvelle. Il y a 150 ans, Jules Vernes imaginait déjà le stockage de l’énergie au sodium dans 20 000 lieux sous les mers ! Tout simplement parce que ce minéral est directement fourni par la mer et présent un peu partout dans la nature. D’ailleurs, des chercheurs se penchaient déjà sur les batteries à base de sodium dans les années 1980/90. Mais à l’époque, tout le monde ne jurait que par le lithium car bien plus performant.

Le sodium est revenu au cœur des recherches avec la question de la pérennité de l’utilisation du lithium. Ce métal n’est présent que dans certaines régions du monde et avec l’explosion des demandes de batteries pour les voitures électriques (essentiellement composées de lithium), la demande croît plus vite que sa production.

Le recyclage va certainement résoudre dans les années à venir ces difficultés. Je suis convaincu qu’il sera bientôt aussi favorable de recycler le lithium ou le cobalt que d’aller les extraire des mines. Mais en attendant, le sodium, dont les réserves sont infinies, est plus compatible avec le développement durable !

 

Ces batteries seront-elles aussi performantes que celles au lithium ?

La technologie aux ions sodium doit encore progresser. Mais ces batteries ne seront jamais aussi performantes que celles au lithium. En revanche, l’avantage des batteries au sodium, et pas des moindres, c’est d’être moins chères, plus performantes en puissance et de pouvoir être stockées à zéro volt.

On ne recherchera donc pas la même application.  Les accumulateurs sodium-ion seront plus adaptés à certaines fonctions du véhicule électrique et surtout  à des applications de masse (là où le coût et volume sont importants). Les cibles idéales : les applications en réseaux comme les fermes éoliennes et photovoltaïques.

 

Le 12 septembre dernier, l’université de Birmingham publiait leurs travaux sur batteries au sodium-ion aussi performantes que celles au lithium-ion[1]. Dans cette course technologique, où en sont vos recherches ? Quand peut-on envisager une application industrielle ?

Cette technologie au sodium intéresse de nombreux pays dont la Chine, le Japon et le Royaume-Uni. Il y a une forte concurrence, il faut donc aller vite. D’où l’intérêt d’avoir constitué un véritable réseau entre institutions et industriels en France (RS2E) soutenu financièrement par le ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche, le CNRS et le CEA. Mais pour envisager une application industrielle de ce type de batterie, il faudra compter encore une dizaine d’années.

[1] https://www.sciencedaily.com/releases/2018/09/180912111913.htm; https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b04183

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