Les batteries sodium-ion sont sur le point de connaître une croissance, avec les récentes annonces du plus grand fabricant de batteries au monde et une nouvelle initiative des laboratoires nationaux américains.
Les batteries sodium-ion pour les véhicules électriques et le stockage d’énergie se généralisent. Une utilisation plus large de ces batteries pourrait entraîner une baisse des coûts, une diminution des risques d’incendie et une diminution des besoins en lithium, cobalt et nickel.
Le 18 novembre, CATL, le plus grand fabricant de batteries au monde, a annoncé sa batterie sodium-ion de deuxième génération, dont la production en série débuterait en 2027. La société basée en Chine a déclaré que la nouvelle batterie avait une densité énergétique de 200 wattheures. par kilogramme, ce qui représente une augmentation par rapport aux 160 wattheures par kilogramme de la génération précédente lancée en 2021. Une densité énergétique plus élevée dans une batterie de véhicule électrique se traduit par une plus grande autonomie.
Le 21 novembre, un consortium de sept laboratoires nationaux américains a annoncé une nouvelle initiative dans laquelle ils dépenseraient 50 millions de dollars pour favoriser la collaboration afin d'accélérer le développement de batteries sodium-ion. Le partenariat est dirigé par l'Argonne National Laboratory dans la région de Chicago.
Ces deux annonces s’inscrivent dans le cadre d’un changement plus vaste alors que les gouvernements, les chercheurs et les entreprises recherchent des alternatives aux batteries lithium-ion, la technologie dominante pour les véhicules électriques et le stockage d’énergie.
Pour l’instant, aucune voiture particulière ou aucun camion vendu aux États-Unis n’utilise des batteries sodium-ion. Certains modèles sodium-ion sont disponibles en Chine et dans les pays qui importent des véhicules de Chine.
« La raison pour laquelle nous poursuivons cette démarche est très simple », a déclaré Venkat Srinivasan, chercheur en batteries à Argonne et directeur de la nouvelle collaboration. «C'est parce que l'énorme demande de batteries lithium-ion signifie que nous sommes confrontés à une contrainte de chaîne d'approvisionnement.
« Nous avons un problème avec le cobalt. Nous avons un problème avec le nickel », a-t-il déclaré, citant deux des métaux souvent utilisés dans les batteries lithium-ion.
Le cobalt, le nickel et le lithium suscitent diverses préoccupations, notamment les dommages environnementaux causés par l'exploitation minière. En outre, une grande partie de l’offre est contrôlée par des rivaux géopolitiques américains tels que la Chine et une partie de l’exploitation minière a lieu dans des pays où les normes du travail sont inadéquates.
En revanche, une batterie sodium-ion repose sur un élément, le sodium, que l’on peut trouver dans le sel de table et l’eau de mer.
Parmi les autres avantages, les batteries sodium-ion fonctionnent mieux que les batteries lithium-ion par temps extrêmement froid. CATL a déclaré que sa nouvelle batterie fonctionnait à des températures aussi basses que -40 degrés Fahrenheit.
De plus, une batterie sodium-ion présente un risque d’incendie bien moindre. Lorsque les batteries lithium-ion sont endommagées, cela peut entraîner un « emballement thermique », qui déclenche un incendie dangereux et toxique.
Le processus de fabrication des batteries sodium-ion est similaire à celui des batteries lithium-ion, ou du moins suffisamment similaire pour que les entreprises puissent modifier les chaînes d'assemblage existantes sans avoir à dépenser beaucoup d'argent en réoutillage.
Mais les batteries sodium-ion présentent certains inconvénients. Le plus important est la faible densité énergétique par rapport au lithium-ion. En conséquence, un véhicule électrique fonctionnant avec une batterie sodium-ion parcourra moins de kilomètres par charge qu’une batterie lithium-ion de même taille.
« C'est exactement ce que la nature nous a donné », a déclaré Srinivasan. « D'un point de vue physique, les batteries au sodium ont intrinsèquement une densité énergétique inférieure à celle des batteries au lithium. »
Une batterie sodium-ion typique a une densité énergétique d’environ 150 wattheures par kilogramme au niveau de la cellule, a-t-il déclaré. Les batteries lithium-ion peuvent varier d’environ 180 à près de 300 wattheures par kilogramme.
J'ai demandé à Srinivasan ce qu'il pensait de l'affirmation de CATL concernant une batterie sodium-ion de 200 wattheures par kilogramme.
« Nous avons tendance à être sceptiques quant aux communiqués de presse des entreprises », a-t-il déclaré. Il a précisé que son commentaire s'applique à toutes les entreprises de batteries.
L'initiative des laboratoires nationaux s'étend sur cinq ans et vise à développer des batteries sodium-ion dont les densités énergétiques correspondent ou dépassent celles des batteries lithium-ion à base de phosphate de fer actuelles. Pour ce faire, les chercheurs trouveraient diverses efficacités dans la conception et les matériaux.
Le projet se déroule parallèlement aux travaux en cours des laboratoires pour développer et améliorer d’autres types de batteries.
Les batteries lithium-ion dominent aujourd'hui le marché. Cette année, la production mondiale de batteries lithium-ion était d'environ 1 500 gigawattheures, et la production de batteries sodium-ion était de 11 gigawattheures, soit moins de 1 %, selon Benchmark Mineral Intelligence.
Cependant, la production de batteries sodium-ion est en croissance et devrait atteindre 140 gigawattheures d'ici 2030, soit environ 13 fois son niveau actuel, selon Benchmark. La production de lithium-ion devrait également presque tripler d’ici 2030.
« Le principal moteur du marché des batteries sodium-ion est leur potentiel à être compétitif par rapport aux batteries lithium-ion », a déclaré Catherine Peake, analyste chez Benchmark.
Mais la compétitivité des coûts constitue actuellement un défi car les prix du lithium sont inhabituellement bas. L’offre mondiale de lithium a augmenté plus rapidement que la demande depuis 2022, entraînant une baisse des prix.
Les chercheurs et les analystes s’attendent à ce que les batteries sodium-ion présentent à long terme un avantage en termes de coût par rapport au lithium-ion. McKinsey and Co. a déclaré l'année dernière que les batteries sodium-ion pourraient être 20 % moins coûteuses que les batteries lithium-ion. (Srinivasan a convenu qu'une économie de 20 pour cent est plausible.)
La plupart des efforts déployés par les fabricants de batteries pour construire des systèmes sodium-ion se produisent en Chine, mais une partie de cela se produit sur d'autres marchés, notamment le projet de la société californienne Natron Energy d'ouvrir sa première grande usine à Rocky Mount, en Caroline du Nord. Natron a annoncé le projet de 1,4 milliard de dollars en août et n'a pas donné de calendrier pour la mise en service de l'usine.
Pendant ce temps, les chercheurs et les entreprises continuent de travailler sur d’autres technologies de batteries.
J'ai demandé à Srinivasan comment les batteries sodium-ion s'inscrivaient dans ce tableau plus large. Il a déclaré que le sodium-ion gagnerait probablement des parts de marché au cours des prochaines années en tant qu'alternative aux batteries lithium-ion.
Vers la fin de la décennie, des batteries à semi-conducteurs commenceront à être disponibles, ce qui permettra des densités d'énergie plus élevées et des autonomies plus longues. Les batteries à semi-conducteurs utilisent un électrolyte solide au lieu d'un liquide ou d'un gel. L'électrolyte est la substance à travers laquelle les ions se déplacent lorsqu'ils se déplacent d'un côté à l'autre pendant la charge et la décharge.
Les technologies peuvent coexister sur le marché, a déclaré Srinivasan.
Il pense que les batteries à semi-conducteurs seront initialement plus courantes dans les modèles haut de gamme et populaires auprès des personnes souhaitant une autonomie la plus longue possible.
Il s'attend à ce que les batteries sodium-ion soient plus courantes dans les véhicules électriques à faible coût pour les personnes vivant dans les villes ou les banlieues et n'accordant pas une grande importance à l'autonomie.
« Ce ne sera pas un acteur marginal », a-t-il déclaré à propos du sodium-ion. « Ce sera en fait un segment à croissance rapide. »
Autres histoires sur la transition énergétique à retenir cette semaine :
Les républicains réfléchissent au sort du programme de prêts du ministère de l’Énergie : Le contrôle républicain du Congrès pourrait signifier la fin du Bureau des programmes de prêts du ministère de l'Énergie, qui a fourni des milliards de dollars pour soutenir des projets d'énergie propre à travers le pays. Les principaux républicains membres des commissions de l'énergie réfléchissent à l'opportunité de supprimer le bureau ou de le réorienter pour mettre l'accent sur les sources d'énergie qui bénéficient d'un plus grand soutien de la part des républicains, telles que les projets nucléaires, géothermiques et même de combustibles fossiles, comme le rapporte Nico Portuondo pour E&E News.
Le Bureau des programmes de prêts apporte son soutien à Indiana Battery Factory : Soulignant les enjeux de tout changement apporté au Bureau des programmes de prêts, le bureau a approuvé cette semaine environ 7 milliards de dollars pour une usine près de Kokomo, dans l'Indiana, qui fabriquera des batteries pour les véhicules électriques Chrysler, Dodge, Jeep et Ram. Le prêt ira à une coentreprise de Samsung SDI et Stellantis, comme le rapporte Jack Ewing pour le New York Times. Les prêts seront contraignants une fois signés, ce qui devrait avoir lieu en janvier avant la fin de l’administration Biden. Cela réduit les chances que la nouvelle administration Trump puisse prendre des mesures pour perturber les prêts.
Les nouveaux tarifs américains sur l’énergie solaire en Asie du Sud-Est augmenteront les prix et réduiront les marges bénéficiaires : Une nouvelle série de droits de douane sur les importations de panneaux solaires imposés aux producteurs d'Asie du Sud-Est devrait faire augmenter les prix à la consommation et réduire les marges bénéficiaires des producteurs, comme le rapporte Colleen Howe pour Reuters. Les nouveaux tarifs étaient largement anticipés par l’industrie. La décision du ministère du Commerce est la deuxième liée à une affaire commerciale intentée par des fabricants de panneaux solaires accusant les entreprises chinoises de vendre injustement des composants solaires à un prix inférieur aux coûts aux États-Unis.
Les États-Unis produisent à nouveau des cellules solaires : La capacité de production d'énergie solaire revient aux États-Unis, avec des usines produisant des cellules photovoltaïques dans ce pays pour la première fois depuis 2019, selon un nouveau rapport de Wood Mackenzie et de la Solar Energy Industries Association. L’Inflation Reduction Act offre des incitations aux fabricants de cellules solaires pour qu’ils s’installent aux États-Unis. La plupart des équipements solaires utilisés aux États-Unis sont importés, mais la production nationale est en augmentation, comme le rapporte JP Casey pour PV Tech.
Les États reçoivent 1,2 milliard de dollars pour construire des routes et des autoroutes avec des matériaux à faible teneur en carbone : L’administration Biden a accordé 1,2 milliard de dollars de subventions pour accélérer l’utilisation d’asphalte, de verre et d’acier plus propres dans les projets routiers, comme le rapporte Maria Gallucci pour Canary Media. Les agences de transport de 37 États, de Washington, DC et de Porto Rico, devraient recevoir cet argent. Mais il n’est pas clair si les responsables fédéraux seront en mesure de poursuivre le programme sous la deuxième administration Trump.
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