Au terme de deux ans de recherche, des scientifiques du CNRS et du CEA ont développé une batterie où le lithium, qui se raréfie, est remplacé par du sodium, plus abondant et donc moins coûteux. Les performances comparables de ce nouveau type de stockage énergétique pourraient ouvrir de nouvelles perspectives pour la transition écologique.
Les batteries lithium-ion sont aujourd'hui largement répandues, dans les appareils électroniques (ordinateurs portables, tablettes, smartphones) et les véhicules électriques, pour leur bonne énergie massique, plus élevée que celle des piles bâton (nickel-hydrure métallique), et pour leur absence d'effet mémoire. Seulement, le lithium est un métal alcalin rare, il n'est que le 33e élément le plus abondant sur Terre et ses réserves mondiales s'amenuisent. Aussi, les scientifiques cherchent-ils à le remplacer par un autre métal alcalin, 1.000 fois plus courant : le sodium.
Des équipes du réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E - CNRS et CEA) ont donc travaillé pendant deux ans à l'élaboration d'une batterie sodium-ion. Ils ont tout d'abord procédé à des essais sur la composition de l'électrode positive ("cathode"). Pas moins de six laboratoires (*) ont été impliqués afin de parvenir à l'alliage sodé idéal. Puis, en six mois, un prototype de batterie au format industriel "18650" (un cylindre standard de 1,8 cm de diamètre par 6,5 cm de hauteur) est complété. Cette deuxième étape, passage d'une échelle laboratoire (synthèse de quelques grammes de matériau de cathode) à une échelle préindustrielle (synthèse d'un kilo), démontre la faisabilité du concept.
Des performances (presque) équivalentes à celles des Li-ion
Expérimentalement, la nouvelle technologie démontre "des performances encourageantes", annoncent le CNRS et le CEA. La densité massique d'énergie de la batterie sodium-ion atteint les 90 W.h/kg, un chiffre équivalent à celui des lithium-ion à leurs débuts. Ces dernières atteignent aujourd'hui des valeurs de 100 à 265 W.h/kg, une future cible à atteindre pour que l'alternative aux batteries lithium soit crédible. Côté durée de vie, la batterie sodium n'a pas à rougir : elle peut encaisser plus de 2.000 cycles de décharge/recharge sans perte significative de performance, un chiffre comparable voire supérieur à celui de ses concurrentes au lithium.
Les chercheurs français précisent : "Surtout, cette batterie est capable à la fois de se charger très rapidement et de restituer son énergie très vite". Avantage non négligeable, le sodium s'avère être moins cher que le métal qu'il remplace, ce qui permettra de produire des batteries moins coûteuses. Les deux établissements de recherche précisent que la prochaine étape consistera à "optimiser et fiabiliser les procédés en vue d'un futur déploiement industriel".
(*) Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (CNRS), Laboratoire "Réactivité et chimie des solides" (CNRS/Université de Picardie), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingénierie des matériaux (CNRS/Toulouse III/INP Toulouse), laboratoire "Chimie du solide et de l'énergie" (CNRS/université Pierre et Marie Curie/Collège de France), Institut Charles Gerhardt (CNRS/université de Montpellier/ENSC Montpellier), Institut de sciences des matériaux de Mulhouse (CNRS/université de Haute-Alsace).
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