Sodium-ion Vs lithium-ion : le match dans nos batteries
Alors que le tout électrique s’est déjà imposé dans l’imaginaire du futur énergétique, deux questions restent en suspens, et l’objet de toutes les attentions des pouvoirs publics, et de toutes les initiatives des start-up. La première est celle de la production : nucléaire ou renouvelables ? La seconde, est celle du stockage, et elle pourrait s’avérer être la plus importante, et la plus déterminante, car influant grandement les choix de production.
Le stockage a toujours été le parent pauvre de la recherche dans le domaine de l’électricité, car les problèmes de fourniture de quantité adéquate au bon moment relevaient surtout de la gestion de l’équilibre entre offre et demande, entre production et consommation : quelques algorithmes savaient très bien les résoudre.
Il est donc tout à fait normal que le stockage électrique ait bénéficié d’une très faible innovation. Il suffit pour s’en convaincre de constater que les batteries des voitures thermiques actuelles fonctionnent encore au plomb, sur un principe inventé en… 1859, par le physicien français Gaston Planté.
Et l’on comprend mieux pourquoi le potentiel d’innovation est immense : il est à la mesure de la stagnation qui a perduré pendant un siècle et demi.
Tout a changé depuis quelques années, sous l’effet de deux facteurs : la multiplication des usages déportés de l’électricité, et l’apparition des énergies renouvelables. Les usages déportés, ce sont d’abord les téléphones portables, mais aussi les ordinateurs portables, les outils, et plus récemment les véhicules électriques.
Les énergies renouvelables, dont le plus gros potentiel de développement se trouve dans le solaire et l’éolien, intermittents par nature, demandent, elles aussi, des capacités de stockage considérables.
Ainsi, le marché mondial des systèmes de stockage d’énergie par batterie devrait atteindre 33 milliards de dollars d’ici 2029, contre 8,5 milliards en 2020, soit une croissance annuelle moyenne de 16 %.
De quoi ouvrir les appétits des start-ups et des grands groupes.
Les usages déportés doivent répondre à un cahier des charges complexes, à plusieurs dimensions : fiabilité, capacité et coût bien entendu, mais aussi et surtout taille, poids, rapidité de charge, opérabilité par tous les temps…
Pour ce qui est des énergies renouvelables, ce seront surtout les capacités qui seront requises.
Parmi les solutions possibles pour répondre à ces divers cahiers des charges, le lithium-ion a eu le vent en poupe pendant longtemps. Mais son temps est peut-être révolu, car la technologie semble avoir atteint ses limites physiques, en termes de capacités, et surtout elle présente plusieurs inconvénients majeurs, qui pourraient obérer son développement : la rareté de la ressource, les difficultés d’extraction, et des coûts environnementaux exorbitants, de moins en moins acceptés par les populations (y compris en Chine).
Le match inconvénients / avantages
La solution sodium-ion présente quelques inconvénients, mais aussi de nombreux avantages.
Les deux principaux inconvénients résident dans sa moindre performance, en termes capacitaires et de durée de vie, l’atome de sodium étant plus lourd que celui du lithium. Mais la performance brute ne suffit pas à assurer le succès d’une technologie, et de nombreux autres paramètres peuvent entrer en ligne de compte.
Parmi les avantages du sodium-ion, on peut citer :
- la grande disponibilité : alors que le lithium est très rare sur terre, le sodium est très abondant, partout dans l’écorce terrestre, et dans la mer.
- Le faible impact environnemental : l’extraction utilise peu de ressources en énergie et en eau, contrairement au lithium.
- Le faible coût : qui est une conséquence des deux premières caractéristiques.
- La sécurité : moins inflammable que le lithium.
- La résistance aux basses températures : jusqu’à -20°, alors que les batteries lithium ne fonctionnent plus en-dessous de 0°.
En résumé, on pourrait assister à une répartition des usages : les batteries sodium-ion sont bien adaptées aux applications sédentaires, telles que le stockage de l’énergie photovoltaïque et éolienne. Applications qui pourraient, à terme, représenter l’essentiel du marché.
Mais la recherche est en constante ébullition, et d’autres technologies sont émergentes, comme les batteries à l’état solide, qui pourraient bouleverser le marché.
Match à suivre, donc.
