Parmi elles, les batteries sodium (Na)-ion (NIB) ont un grand potentiel pour représenter la prochaine génération de solution de stockage d’énergie à faible coût et respectueuse de l’environnement. Les divers indicateurs de performance clés requis par différentes applications et la diversification du marché sont la force motrice qui pousse la technologie Na-ion plus près du marché.
Une équipe de scientifiques comprenant le WMG de l’Université de Warwick a combiné ses connaissances et son expertise pour évaluer l’état actuel de la technologie Na-ion, des matériaux au développement des cellules, offrant une comparaison réaliste des indicateurs de performance clés pour les NB et les LIB.
Les LIB jouent un rôle primordial dans la transition vers une économie à faible émission de carbone. Cependant, à mesure que le marché se développe rapidement, les défis environnementaux et sociaux associés à la production de masse de LIBs déclenchent une grande attention vers la recherche de solutions alternatives de stockage d’énergie basées sur des matériaux qui peuvent être sourcés de manière durable et responsable. Dans ce scénario, les NIBs représentent une technologie alternative de stockage d’énergie à faible coût, durable et plus respectueuse de l’environnement.
Dans l’article « Challenges of today for Na-based batteries of the future : from materials to cell metrics », publié le 18 septembre 2020 dans le Journal of Power Sources, une grande équipe de scientifiques experts en technologie Na-ion, dirigée par le WMG, à l’Université de Warwick (UK) analyse la perspective de voir les NIBs prendre une place sur le marché du stockage d’énergie. Le document comprend également des chercheurs de : l’Institut Helmholtz d’Ulm (Allemagne), le Collège de France (France), l’Université Humboldt de Berlin (Allemagne), l’Institut pour la technologie de l’énergie (Norvège), l’Université de Picardie Jules Verne (France), l’Université de Bordeaux (France) et CIC energiGUNE (Espagne).
Les batteries à base de Na offrent une combinaison de propriétés attrayantes. Elles sont peu coûteuses, utilisent des précurseurs durables et disposent d’un approvisionnement sûr en matières premières. En outre, elles sont considérées comme une technologie de substitution qui pourrait bénéficier des installations de fabrication de batteries Li-ion déjà existantes.
Comme les systèmes à base de Li, les batteries à base de Na se présentent sous différentes formes, telles que les batteries Na-ion, Na-all-solid-state-batteries, NaO2 et Na/S. Alors que les dernières sont considérées comme des technologies futures perturbatrices, la technologie Na-ion représente une technologie attrayante presque prête à défier les batteries Li-ion dans des applications spécifiques.
Les paramètres de performance sont de la plus haute importance pour la technologie SIB afin de garantir un coût compétitif par Wh et de trouver une place sur le marché. Dans ce travail, les matériaux d’électrodes et les systèmes d’électrolytes les plus prometteurs ont été examinés et les mesures de performance de la littérature académique ont été utilisées pour extrapoler les indicateurs de performance des cellules à ions sodium complets.
Les auteurs indiquent qu’avec le développement en cours, les meilleurs matériaux actuels disponibles pour les cellules à ions Na devraient permettre d’approcher la densité d’énergie de la génération actuelle de cellules commerciales Li-ion. L’un des domaines d’application les plus importants pour les prototypes de batteries sodium-ion développés est certainement les systèmes de stockage d’énergie stationnaires, où le coût et la durée de vie du cycle représentent deux paramètres fondamentaux. « Dans ce domaine, les batteries sodium-ion ont le potentiel pour dominer le futur marché, car elles représentent le système le plus prometteur pour combler le fossé entre la production et l’utilisation de l’énergie en sécurisant l’approvisionnement énergétique. Cependant, les applications de haute puissance dans le domaine de l’automobile électrifiée constituent une application potentielle de niche pour les NIB », déclare le Dr Ivana Hasa, professeur adjoint au WMG.
De nouvelles améliorations technologiques sont nécessaires pour augmenter les performances notamment en termes de densité énergétique. Des résultats extrêmement encourageants ont été obtenus pour la technologie Na-ion dans un délai très court par rapport à la technologie Li-ion. L’amélioration technologique sera obtenue par l’optimisation de la fabrication/de l’assemblage des composants des cellules, comme cela s’est produit au cours des trente dernières années pour la technologie LIB.
Le Dr Ivana Hasa, du WMG, Université de Warwick, commente : « Du point de vue de la recherche appliquée, les efforts de recherche futurs devraient être consacrés à la recherche fondamentale, à la découverte de matériaux et à la compréhension des processus thermodynamiques et cinétiques qui régissent la chimie de ces systèmes. En outre, l’étude des batteries Na-ion à grande échelle est d’une importance capitale pour obtenir des données réalistes permettant d’évaluer les progrès de la technologie, ainsi que l’adoption d’une méthodologie de rapport commune dans la communauté scientifique permettant une comparaison équitable des résultats de performance. »