La batterie sodium ou sodium-ion est une innovation récente dans le domaine des énergies renouvelables et du stockage d'énergie. Elle a été mise en avant pour son potentiel à remplacer la batterie lithium-ion dans certaines applications, du fait de son coût plus bas et de l'abondance de cette matière. Les ingénieurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology Review) annonce qu’elle pourrait réduire de manière significative le coût des voitures électriques.

Quel est le fonctionnement d'une batterie sodium ?

Les batteries sodium fonctionnent de la même manière que les batteries lithium-ion. Elles sont équipées d’électrodes (positive et négative), d’un électrolyte et d’un collecteur ou séparateur. En revanche, comme leur nom l’indique, elles utilisent du sodium (Na) comme matériau actif. Pour simplifier, les deux électrodes de la batterie sodium-ion sont plongées dans un électrolyte (substance conductrice) et s’échangent des ions. Celles-ci génèrent et stockent à tour de rôle de l’électricité pour faire fonctionner un moteur.

La batterie sodium, une technologie innovante et durable

Sur le papier, la batterie sodium-ion s’annonce comme une alternative plus écologique et plus durable à la batterie lithium-ion, le cœur des voitures électriques vendues par BMW, Volkswagen ou encore Renault. Pour comprendre comment elle fonctionne, il faut connaître ses composants.

• Électrodes : Une pile ou batterie sodium est équipée d’électrodes qui sont placées à quelques centimètres l’une de l’autre. En regardant de plus près, ces électrodes sont remplies d’ions sodium (Na).
• Électrolyte : Les deux électrodes sont immergées dans un liquide appelé électrolyte qui renferme des milliers d’ions sodium. Dès qu’ils le pourront, ces ions se ruent vers celles de l’électrolyte.
• Collecteur : Deux feuilles de métal sont installées dans le dos de chaque électrode pour collecter les électrodes. Grâce aux deux câbles électriques, on assiste ensuite à un transfert des ions sodium jusqu’à épuisement de celles qui se trouvent dans l’électrode de gauche (cathode) et à saturation de celles dans l’électrode de droite (anode).

Le déplacement des ions sodium entre les électrodes génère un flux électrique utilisable pour alimenter des appareils.

Qui sont les leaders du marché de la batterie sodium ?

Plusieurs entreprises travaillent actuellement sur le développement de batteries sodium performantes. Parmi elles, Natron Energy Inc, basée aux États-Unis, fait partie des leaders du marché. Parmi ses gammes phrases figure l’armoire Blue Rack. Elle est alimentée avec la batterie Blue Pack disponible en configuration 250 kW et 500 kW.

De son côté, Faradion Limited a aussi réalisé des progrès significatifs dans ce domaine. Cette entreprise basée au Royaume-Uni a été rachetée par Reliance en 2021 dans le cadre de l'initiative verte. Elle se concentre sur des batteries amovibles et interchangeables pour les véhicules électriques, mais qui peuvent aussi alimenter des appareils électroménagers grâce à un onduleur.

Les fabricants de batteries sodium, des acteurs clés de l'innovation énergétique

En plus de Natron Energy Inc et de Faradion Limited, il existe aussi d’autres acteurs sur le marché des batteries sodium tels que Contemporary Amperex Technology Co. Limited, NGK Insulators Ltd, HiNa Battery Technology Co. Ltd, Altris AB ou encore TIAMAT SAS (start-up basée à Amiens, en France). Biwatt Energy est arrivée en fanfare à la 8ᵉ exposition mondiale de l’industrie des batteries et du stockage de l’énergie (WBE 2023) qui s'est tenue en Chine avec sa nouvelle gamme. Des centres de recherche universitaires et publics participent également activement à l'avancement de la technologie des batteries sodium.

Comment se mesure la performance d'une batterie sodium face à une batterie lithium-ion ?

Les batteries et piles sodium-ion sont jugées plus durables avec une durée de vie de 10 ans et 10 fois plus rapides à recharger comparés aux batteries lithium, et ce, à un coût équivalent. « Elles s’affranchissent du lithium et du cobalt habituellement utilisés – des ressources en tension dont la dépendance géostratégique affaiblit la souveraineté – et en pallient certaines limites », explique le président de TIAMAT, spin-off CNRS. De plus, elles présentent une plus grande stabilité thermique, ce qui les rend moins sujettes à l'inflammation et aux risques de sécurité. Mais qu’en est-il de leur performance ?

La batterie sodium, une alternative performante à la batterie lithium-ion

La batterie sodium s’attaque au marché des piles et batteries avec quelques beaux arguments écologiques. Sa fabrication requiert moins de minéraux critiques. Par ailleurs, le sodium est beaucoup plus abondant que le lithium. Ces arguments viennent pallier la plus grande erreur des fabricants de véhicules électriques qui ont en effet négligé les impacts environnementaux de la fabrication des batteries au profit d’une autonomie suffisante.

En termes de performance, il faut néanmoins souligner que les batteries sodium ont actuellement une densité énergétique plus faible que les batteries lithium, et ce, malgré des efforts de recherche. Cela signifie qu'elles stockent moins d'énergie par unité de poids ou de volume. Des progrès rapides sont réalisés dans ce domaine. Il est probable que l'écart de densité énergétique se réduise à l'avenir.

Quels sont les coûts et le retour sur investissement d'une batterie sodium ?

Aujourd’hui, les batteries lithium-ion équipent la plupart des smartphones, des ordinateurs portables et des véhicules électriques. Avec l’augmentation de la demande, des pénuries sont attendues dans les années à venir. Des marques se tournent de plus en plus vers les batteries sodium qui seraient plus rentables. Selon Jonas Mercken, doctorant à l’UHasselt, cette technologie est jugée plus rentable en raison de la quantité de ce minéral dans la croûte terrestre. Il faut aussi souligner que le matériau de base pour produire les composants de la batterie sodium revient beaucoup moins cher.

La batterie sodium, un investissement rentable à long terme

Les batteries sodium sont considérées comme plus rentables que les batteries lithium pour diverses raisons. Leur coût de production est actuellement inférieur en raison de l'utilisation de matériaux plus abondants et moins coûteux. Cela pourrait se traduire par des coûts d'achat plus bas pour les consommateurs à long terme. Il ne faut pas oublier que le retour sur investissement dépend de leur application spécifique. Pour des usages à grande échelle comme le stockage d'énergie pour les réseaux électriques, les batteries sodium-ion peuvent offrir un retour sur investissement plus rapide en raison de leur prix plus accessible et de leur durabilité. En revanche, pour des applications nécessitant une haute densité énergétique comme les véhicules électriques, les batteries lithium-ion restent présentement préférables.

En conclusion, les batteries sodium pourraient devenir une alternative de choix pour répondre aux besoins croissants en matière de stockage énergétique. Bien que leur densité énergétique soit encore inférieure à celle des batteries lithium-ion, leur coût réduit et leur abondance rendent cette technologie attrayante pour diverses applications. Alors que les recherches se poursuivent, cette technologie est jugée plus écologique.