L’une des technologies de batterie incontournable pour de nombreux marchés est sans doute le lithium-ion. Ces batteries sont généralement utilisées pour l’alimentation d’appareils électroniques, dans l’automobile, dans la défense, dans la robotique ou encore pour la mise en place de systèmes solaires off-grid en raison des performances qu’elles offrent en termes de densité énergétique, de puissance ou encore de durée de vie.
Cependant, avec l’augmentation de la demande pour des solutions de stockage d’énergie plus performantes et durables, la recherche et le développement en matière de technologies de batteries ont pris une importance cruciale.
Au fil des ans, de nombreuses avancées ont été réalisées dans ce domaine permettant de proposer de nouvelles technologies intéressantes pour la conception et la fabrication de batteries : les batteries sodium-ion et les batteries lithium-ion tout solide.
La technologie de batterie sodium-ion
Les batteries sodium-ion fonctionnent selon les mêmes principes que les batteries lithium-ion. Les batteries sodium-ion disposent en général d’une durée de vie plus longue que les batteries lithium-ion, elles s’avèrent moins inflammables et leurs performances en conditions de basses températures sont bien meilleures.
Bien que leur utilisation ne soit pas encore démocratisée en raison de leur récente découverte, elles promettent une solution économique et écologique aux batteries lithium-ion.
L’avantage économique des batteries sodium-ion : un pari d’avenir
L’avantage du sodium-ion est sa disponibilité. Ce minerai est moins rare que certaines matières premières (lithium, cobalt) utilisées pour la fabrication des batteries lithium-ion : sur terre, on trouve environ 300 fois plus de sodium que de lithium.
Certes, les débuts dans le développement du sodium-ion présagent des cellules plus onéreuses que celles composées de lithium-ion. Cependant, sur le long terme, leur déploiement à grande échelle permettra d’atténuer leur coût en raison de l’abondance de la matière première et de la maîtrise des processus d’industrialisation.
Les avantages environnementaux des batteries sodium-ion
En plus d’être économiques, les batteries sodium-ion sont écologiques. Une étude sur le cycle de vie des batteries sodium-ion réalisé il y a quelques années permet de dresser leur impact climatique par rapport aux autres batteries déjà existantes :
- Les batteries sodium-ion sont les moins toxiques pour l’humain
- Elles affichent la plus faible pollution des eaux
- Elles sont dans la moyenne pour la déplétion des ressources naturelles et l’acidification terrestre
Bien que les batteries sodium-ion présentent de nombreux avantages, elles doivent surmonter certains défis avant de devenir une solution viable pour le stockage d’énergie à grande échelle.
Les défis à relever pour les batteries sodium-ion
Le principal défi des batteries sodium-ion est leur faible densité énergétique.
La densité énergétique est un pilier fondamental pour juger la performance d’une technologie de batterie. Exprimée en Wh/kg, elle décrit la capacité de la batterie à garantir une certaine énergie dans le temps pour un poids modéré.
Les premières batteries sodium-ion disposaient d’une densité énergétique autour de 90Wh/kg là où les batteries lithium-ion présentaient une densité de 110Wh/kg à leur début. Aujourd’hui, les cellules sodium-ion vont jusqu’à 160Wh/kg mais leur densité énergétique reste toujours plus faible au lithium.
Certes, les batteries sodium-ion ne sont pas aujourd’hui les solutions les plus performantes qui existent, mais cela pourrait changer dans les années à venir. Certains fabricants de cellules s’investissent dans le développement de cellules sodium-ion performantes avec :
- Une capacité de recharge de 0 à 100% en moins de 10 minutes (Tiamat)
- Une densité énergétique qui se rapproche fortement de celle des batteries lithium-ion (120Wh/kg chez Tiamat ou140Wh/kg chez Faradion).
Pour accompagner la démocratisation de cette technologie et proposer les meilleurs résultats à ses clients, Neogy est partenaire de Tiamat pour la conception de batteries sodium-ion.
Toutefois, le sodium-ion demeure une technologie d’avenir qui pourrait concurrencer certaines sous-catégories du lithium-ion tel que le LTO (Lithium-Titanate) pour la conception de batterie pour véhicules micro-hybrides.
Les batteries lithium-ion tout solide, une technologie de batterie prometteuse
Les batteries tout solide en lithium-ion sont considérées comme l’une des solutions les plus prometteuses pour remplacer les batteries lithium-ion conventionnelles. Alors que les batteries lithium-ion traditionnelles utilisent un électrolyte liquide pour transporter les ions lithium, les batteries tout solides utilisent un électrolyte solide.
Une batterie tout solide comprend deux électrodes solides, généralement fabriquées à partir de matériaux tels que le lithium, le silicium ou les sulfures de métal. Les électrodes sont séparées par un matériau solide appelé électrolyte qui peut transporter des ions.
Lorsqu’une batterie tout solide est chargée, des ions de lithium (ou d’autres métaux) sont transportés de la cathode à l’anode. Lorsqu’elle est déchargée, les ions de lithium retournent à la cathode. Ce mouvement d’ions crée un flux d’électrons qui peut être utilisé pour alimenter des appareils électroniques ou autres applications.
Cette technologie offre de nombreux avantages par rapport aux batteries lithium-ion traditionnelles :
- Une meilleure sécurité et une meilleure stabilité thermique : Les électrolytes solides sont non-inflammables en cas de chauffage, contrairement aux électrolytes liquides traditionnels.
- Une durée de vie plus longue : Les batteries tout solide ont une durée de vie plus longue que les batteries conventionnelles en raison de la stabilité de leurs électrolytes solides. Les électrolytes solides sont également plus résistants à la dégradation au fil du temps, ce qui prolongera la durée de vie de la batterie
- Densité d’énergie plus élevée : Les batteries tout solide peuvent atteindre des densités d’énergie plus élevées que les batteries conventionnelles. Cela signifie que les batteries tout solide peuvent stocker plus d’énergie dans un espace donné, ce qui les rend plus adaptées aux applications qui nécessitent une plus grande densité d’énergie.
En outre, les batteries tout solides peuvent être fabriquées en utilisant des matériaux plus abordables et plus durables que ceux utilisés dans les batteries lithium-ion, ce qui peut entraîner une réduction des coûts de production.
Les batteries lithium-ion tout solide sont idéales pour le secteur des énergies renouvelables notamment le solaire et pour la mobilité électrique par exemple.
Les avancées en matière de technologies de batteries ont permis de faire de grands progrès. Les efforts de développement se poursuivent et continueront leur ascension dans les années à venir. Cette dynamique permet à Neogy d’opter pour des technologies de pointe en plus du lithium-ion pour la conception de batteries sur-mesure adaptées à tous les besoins techniques.
