Le réseau français RS2E, qui réunit chercheurs et industriels, a dévoilé le vendredi 27 novembre dernier le premier prototype de batterie sodium-ion. Une technologie avancée présentant des caractéristiques similaires aux batteries lithium-ion actuellement exploitées dans les secteurs de la téléphonie et du transport électrique. Basées sur l’utilisation du sodium, élément beaucoup moins cher que le lithium, ces nouvelles batteries sont considérées aujourd’hui comme une solution valable pour répondre au défi du stockage des énergies renouvelables.

Le sodium, un composant bon marché et abondant

Si les performances des batteries au lithium progressent peu à peu, cette technologie utilisée aujourd’hui dans les tablettes, les téléphones portables ou les voitures électriques, est confrontée à un autre problème de taille. Le lithium reste un matériau relativement rare dont le coût freine logiquement son développement. De nombreux chercheurs s’efforcent de ce fait depuis plusieurs années de substituer au lithium un matériau très proche en termes de caractéristiques, mais beaucoup plus abondant sur la planète : le sodium.

Un pari que viennent de remporter les chercheurs du réseau français RS2E (Réseau National de Recherche et Technologie sur le Stockage Electrochimique de l’Energie) après plus de deux ans de recherche. Les scientifiques du CNRS et du CEA ont en effet mis au point avec succès un nouveau prototype de batterie composé de sodium et adapté au format industriel standard (format 18650 de 1,8 cm de diamètre sur 6,5 cm de hauteur).

Concrètement, les ions sodium vont remplacer ici les ions lithium et transiter d’une électrode à l’autre dans un milieu liquide, au fil des cycles de charge et de décharge. Il aura fallu près de six mois aux chercheurs pour identifier la composition adéquate de cette électrode principalement constituée de sodium.

Des performances inférieures à celles des batteries lithium-ion

Cette nouvelle batterie affiche une densité d’énergie de 90Wh/kg, comparable aux performances des batteries au lithium à leur début, mais largement inférieure à celles des batteries actuelles (environ 200 Wh/kg). Sa durée de vie est de 2.000 cycles (nombre de cycles charge/décharge) contre 5.000 cycles pour les batteries lithium-ion. Des résultats encourageants mais qui restent pour le moment trop insuffisants pour permettre à ces batteries de supplanter les batteries au lithium.

Les batteries au sodium sont également confrontées à un problème de poids. Les ions sodium sont en effet beaucoup plus lourds que les ions lithium. Trois fois plus légers, ceux-ci permettent de fabriquer des batteries très légères pour l’électronique nomade, que les batteries sodium-ion pourront difficilement remplacer.

Une industrialisation facilitée

L’utilisation d’un format identique à celui en cours pour les batteries lithium-ion et la similitude des processus de production industriels suscitent néanmoins l’intérêt des industriels pour cette nouvelle technologie, notamment ceux appartenant au réseau RS2E (Renault, EDF, Saft, Total, Airbus, etc.). Plusieurs laboratoires internationaux travaillent également sur cette technologie mais aucun n’a aujourd’hui annoncé la réalisation d’un prototype de ce format. La prochaine étape pour le réseau RS2E consistera donc à optimiser et à fiabiliser les procédés en vue d’un futur déploiement industriel.

“Le format 18650 nous permet de prouver la pertinence du concept et de mettre en parallèle les performances de nos batteries avec les batteries de format similaire déjà commercialisées. Mais il faudra trouver d’autres formats pour répondre aux nouveaux besoins”, précise Loïc Simonin, chercheur au Liten, un laboratoire du CEA associé au développement du prototype.

Les batteries sodium-ion pourraient également avoir un bel avenir pour le stockage des énergies renouvelables, pour lequel le premier enjeu n’est pas de réduire le poids des batteries, mais leur coût. Soit précisément ce que peuvent apporter les batteries sodium-ion. Actuellement, les meilleures batteries lithium-ion assument encore un coût de 250 euros/ kWh.

Crédits photo : Vincent GUILLY/CEA