Tout (vraiment tout) ce que vous devez savoir sur la batterie sodium-ion

Une partie du public boude les batteries parce qu’elles sont sales, ce qui offre une belle opportunité pour la batterie sodium-ion. Mais est-elle vraiment pertinente ? C’est ce que nous allons voir.

Julien Vaïssette

Fanatique d'Excel, adepte de Camus & ingénieur en mécanique ・ Suivez la conception de mon prototype de moto électrique en cliquant ici.

Batterie sodium-ion © jean charles barbe

Qu’on se le dise : sur le papier, la batterie sodium-ion est une grande promesse.

Ça fait des années que les chercheurs et fabricants de batteries essaient de trouver une alternative de batterie plus écologique. Et avec la batterie sodium-ion, ils semblent avoir enfin déniché l’alternative la plus crédible.

Elle s’attaque en effet au marché des batteries avec quelques beaux arguments, qui sont principalement écologiques :

  • elle consomme moins de minerais critiques,
  • et le sodium est beaucoup plus abondant que le lithium, présent dans toutes les batteries des véhicules électriques actuels.

Grâce à ces arguments, elle corrige la plus grande erreur des fabricants de véhicules électriques : celle de négliger l’impact environnemental des batteries, au profit d’une autonomie suffisante et d’une puissance satisfaisante.

Car c’est là que se situe l’anomalie.

Si les véhicules électriques existent, c’est justement pour répondre à l’empreinte écologique épouvantable des véhicules thermiques. Ce qui implique d’éviter à tout prix l’extractivisme forcené, la destruction des ressources et les émissions de gaz à effet de serre dans les pays fabricants.

Le problème, c’est que sur ces points, les chimies les plus utilisées dans les batteries lithium-ion ne sont pas exemplaires.

La batterie sodium-ion vient donc corriger ce contresens.

Mais ce que je viens d’écrire, c’est avant tout le pitch des vendeurs de batteries sodium-ion. Et un pitch de vente n’est vraiment pas suffisant pour me convaincre de la pertinence de ces batteries. J’ai donc fait mes recherches, et j’ai rassemblé dans cet article la totalité de mes découvertes.

Considérez-le comme un condensé de tout ce qui se cache vraiment derrière ces batteries.

Si bien qu’à la fin de votre lecture, vous saurez enfin tout ce qu’il y a vraiment à savoir sur les batteries sodium-ion. Vous saurez tout de leur fonctionnement, de leurs performances et de leur réel bénéfice écologique.

Alors n’attendons plus, et plongeons dans ce sujet hautement passionnant.

Qu’est-ce qu’une batterie sodium-ion ?

La batterie sodium-ion est une technologie de batterie, au même titre que la batterie lithium-ion.

Comme nous le verrons plus loin, son fonctionnement est extrêmement proche de celui des batteries lithium-ion. Sa plus grande différence réside dans son nom : à la place du lithium, ce sont les ions sodium qui font le travail.

Mais avant de comprendre ce que veut dire « faire le travail », j’aimerais commencer par une clarification sémantique.

Batterie sodium-ion, ou batterie au sodium ?

Il n’est pas impossible que je parle de batterie au sodium pour décrire la batterie sodium-ion.

Mais en vérité, c’est un abus de langage. Car si la batterie sodium-ion qui nous intéresse appartient bien à la famille des batteries au sodium, elle compte aussi deux sœurs[1] :

  • La batterie sodium-chlorure de nickel, autrement appelée « ZEBRA » ;
  • Et la batterie sodium-soufre, aussi appelée « batterie sodium-soufre ».

Et si on n’en parle pas dans cet article, c’est pour une raison simple.

C’est que malgré leur utilisation dans un véhicule électrique dont je n’avais jamais entendu parler[2], elles présentent un très gros défaut : ce sont des batteries « chaudes ».

Elles doivent donc être utilisées à des températures entre 300°C et 350°C pour fonctionner.

Ce qui est un peu trop chaud pour permettre leur démocratisation. Voilà donc pourquoi je les sors de mon étude, même s’il n’est pas impossible qu’elles résolvent ce problème dans 10 ou 15 ans. On en discutera donc dans 10 ou 15 ans.

Voilà.

Maintenant que nous sommes au clair sur les nombreux abus de langage que je vais faire dans cet article au sujet des batteries au sodium, nous pouvons en revenir à nos moutons.

Juste avant, je disais que les batteries sodium-ion fonctionnaient comme les batteries lithium-ion, mais avec du sodium.

C’est bien beau, mais les plus curieux d’entre vous doivent déjà froncer les sourcils : pourquoi les ions lithium et sodium ?

Les ions sodium vs. les ions lithium

Pour répondre à cette question, il faut d’abord définir les termes.

Commençons donc par définir l’intérêt de faire intervenir des ions dans les batteries. Ne vous inquiétez pas, ce n’est pas un cours de physique/chimie du lycée. On ne va pas s’attarder sur ce qu’est un ion car objectivement, il n’est pas nécessaire de le savoir.

Mais si on accepte de schématiser grossièrement le fonctionnement des batteries, voilà ce que vous devez connaître à propos des ions :

  • Pour faire fonctionner un véhicule électrique, on doit être capable de stocker de l’électricité.
  • Or on ne sait pas stocker des électrons dans un réservoir, alors que ce sont eux qui voyagent dans les câbles électriques et qui alimentent les moteurs. La tuile.
  • Mais par chance, on sait stocker des ions dans un réservoir (nous y reviendrons).
  • On a donc inventé le stockage électrochimique (c’est le nom du principe scientifique derrière les batteries) qui consiste à transformer les électrons en ions.

Autrement dit, s’il n’y avait pas d’ions, les batteries n’existeraient pas.

Très bien.

Une fois qu’on a dit ça, la suite logique est de se demander comment on pourrait optimiser le choix des ions qui feront fonctionner notre batterie, pour qu’elle soit aussi performante que possible.

Pour y répondre, c’est très simple.

Il suffit de regarder les raisons qui font de l’ion lithium le champion toute catégorie (croyez-moi, il l’est). Il y en a deux :

  • Le lithium est le métal qui a le meilleur potentiel standard, ce qui veut dire qu’il est le meilleur quand il s’agit de « transformer les électrons en ions » ;
  • Et c’est le métal le plus léger qui existe, ce qui veut dire qu’en plus d’être le meilleur, c’est aussi celui qui garantira à la batterie le poids le plus faible.

Choisir l’ion qui fera fonctionner la batterie de notre véhicule électrique consiste donc à trouver l’ion le plus léger possible (et le moins volumineux, car ça compte aussi), avec le meilleur potentiel standard.

Et à ce jeu, c’est le lithium qui gagne.

Mais nous l’avons vu en introduction, les batteries lithium-ion font grincer des dents par leur impact environnemental. Une alternative réside alors dans le remplacement de l’ion lithium par l’ion sodium, qui n’est pas si ridicule[3] :

  • Son potentiel standard est à peine 10% inférieur à celui de l’ion lithium ;
  • Et si sa masse est bien plus grande, son encombrement est « seulement » 34% supérieur à celui de l’ion lithium.

C’est certes moins intéressant. Mais quand on ajoute que le sodium est bien plus facilement trouvable dans la nature que le lithium, ça l’est assez pour creuser dans la direction des batteries à base de ce minerai.

Ici, nombreux sont ceux qui s’arrêtent, satisfaits de leur demi-compréhension du problème.

Ce n’est pas mon cas. Car maintenant que j’ai globalement saisi l’intérêt de confronter les batteries sodium-ion avec les batteries lithium-ion, j’aimerais aller plus en profondeur.

Par exemple, j’ai dit que les batteries sodium-ion consistaient à transformer les électrons en ion. Et si ce n’était pas complètement faux, considérez tout de même que c’était une terrible simplification.

Vraiment terrible.

Le fonctionnement de la batterie sodium-ion

En résumé, la batterie sodium-ion fonctionne grâce à deux électrodes qu’on a plongées dans un électrolyte, et qui s’échangent des ions.

Ce faisant, elles stockent et génèrent à tour de rôle de l’électricité, pour alimenter un moteur.

Mais ça, ce n’est qu’un résumé qui sert à entrevoir de très loin le mécanisme qui se cache derrière une batterie sodium-ion.

En plus, il est fort probable que vous sachiez déjà ce que je viens de dire.

En revanche, savez-vous de quoi sont composées les électrodes des batteries sodium-ion ?

Et savez-vous précisément comment se comportent les ions sodium lors de leur transfert d’une électrode à l’autre ?

Si vous n’êtes pas bien sûrs de répondre correctement à ces questions, vous risquez de trouver votre bonheur dans les prochains paragraphes. Commençons donc par les premiers protagonistes que j’ai cités dans le fonctionnement des batteries sodium-ion : les électrodes.

Voyage dans les électrodes des batteries sodium-ion

J’aime quand les choses sont simples.

Je vais donc éviter d’utiliser des mots trop savants pour décrire le fonctionnement des batteries sodium-ion. Alors voilà ce que je vous propose : à la place d’imaginer à quoi ressemblent des électrodes quand vous n’en avez jamais vu de votre vie, disons que les électrodes sont des éponges.

C’est peut-être surprenant.

Mais vous verrez très vite que ça permet d’intégrer beaucoup plus facilement les mécanismes complexes qui prennent place dans les batteries sodium-ion.

(Et puis ce n’est pas moi qui ai inventé cette analogie mais Marie-Liesse Doublet, une chercheuse autrement plus compétente que moi sur le sujet.)

La suite, c’est de poser ces deux éponges à quelques centimètres l’une de l’autre.

électrodes batterie sodium-ion

Exactement, comme ça.

L’électrode de gauche est donc une éponge avec un grattoir vert (la fameuse), et l’électrode de gauche est une éponge avec un grattoir orange (plus rare).

Maintenant, vous vous demandez certainement pourquoi les deux électrodes sont des éponges. Et vous faites bien. Car vraiment, c’est improbable.

La raison est simple : les éponges sont parcourues de milliers de petites cavités.

Elles sont comme des roches volcaniques dans lesquelles on a creusé une multitude d’habitations troglodytes qu’on a ensuite reliées par d’innombrables petits canaux. Et c’est exactement ce qui nous intéresse dans les éponges.

Car si vous vous rapprochez assez, voilà ce que vous verrez :

Cathode anode batterie sodium-ion

Les éponges sont en effet remplies d’ions sodium, désignés par la formule Na+. Ça aussi c’est improbable, mais le découvreur du sodium était allemand, et il n’a eu que faire de savoir que le sodium ne comportait ni « n » ni « a » en français.

Ainsi, les ions sodium peuplent lascivement les deux éponges que vous avez mises en vis-à-vis, sans même que vous le sachiez. Mais n’ayez crainte, leur présence impromptue nous sera très rapidement utile.

Vous aurez aussi certainement noté que deux termes sont apparu à côté des éponges :

  • « Cathode » à gauche (qu’on devrait appeler « électrode positive » mais par abus de langage, on l’appelle ainsi) ;
  • Et « Anode » à droite (qu’on devrait appeler « électrode négative »).

Pourquoi différencier les deux éponges ?

Nous le saurons bien assez vite. Par ailleurs, en parlant de ce que nous découvrirons plus loin, vous aurez aussi peut-être remarqué qu’il y a plus d’ions sodium dans la cathode (à gauche donc) que dans l’anode.

Ce n’est pas un hasard, mais chaque chose en son temps.

Car maintenant que nous avons observé nos deux éponges, nous allons les plonger dans un liquide très spécial, qu’on appelle « électrolyte ».

L’électrolyte pour accueillir les électrodes

Ce qui rend l’électrolyte si spécial, ce sont ses habitants.

En effet, l’électrolyte n’est pas un liquide comme les autres. Car en son sein grouillent des milliers d’ions sodium, qui frétillent d’impatience.

Ils sont impatients sans trop savoir pourquoi. Mais ce dont ils sont sûrs, c’est qu’ils sont pressés d’en découdre.

électrolyte batterie sodium-ion

Sur ce dessin, on voit très clairement l’excitation des ions sodium qui se trouvent dans l’électrolyte, entre les deux électrodes.

Mais il n’y a pas que ça que j’aimerais que vous voyez. J’aimerais en effet attirer votre attention sur un détail.

C’est que les ions de l’électrolyte sont bleus, tandis que les ions des électrodes sont gris.

Alors que pourtant, ce sont tous des ions sodium. Mais cette différence de couleur n’est pas un hasard : les ions sodium qui logent dans les électrodes ne sont pas dans le même état que les ions sodium de l’électrolyte.

Pour cause :

  • Les ions sodium de l’électrolyte sont d’anciens atomes de sodium qui ont été privés d’un électron. Ils sont incomplets et ne demandent qu’à retrouver l’électron qui leur manque.
  • Les ions sodium des électrodes sont eux aussi d’anciens atomes de sodium qui ont perdu un électron. Mais les électrodes leur ont fourni un électron presque à leur disposition.

Ces derniers n’ont pas vraiment retrouvé leur statut d’atome, car l’électron prêté par l’électrode ne leur appartient pas. Mais ils sont dans un état beaucoup plus confortable et beaucoup moins incomplet que les ions sodium qui nagent dans l’électrolyte.

Si on ajoute ce mécanisme au dessin, voilà donc à quoi ressemblent les éponges plongées dans l’électrolyte.

ions sodium électrolyte

Le fait saillant à retenir de la description de la situation, c’est que les ions sodium de l’électrolyte envient les ions sodium des électrodes.

Et vous savez aussi bien que moi ce que l’envie peut générer : dès qu’ils le pourront, les ions sodium de l’électrolyte vont se ruer vers les électrodes pour tenter de se faire loger par celles-ci. Ils n’attendent que le top départ.

Ce tant attendu top départ, c’est vous qui allez le donner.

Car vous allez brancher les électrodes au réseau électrique.

Il est probable que pour le moment, vous ne compreniez pas exactement en quoi cette action annonce le début des hostilités. Mais si c’est le cas, tant mieux. Car vous allez assister à un mémorable branle-bas de combat.

La charge de la batterie sodium-ion

Mais avant de vivre cette drôle d’expérience, il faut que nous réglions un détail.

C’est que pour le moment, dans notre dessin, il n’y a aucun endroit où brancher un câble électrique. On ne peut donc pas brancher votre petit montage au réseau électrique. À moins d’y ajouter deux feuilles de métal, dans le dos de chaque électrode, qu’on appelle « collecteurs ».

C’est donc ce que je vous conseille de faire.

Et plus précisément, si vous voulez que l’expérience fonctionne, vous seriez bien inspirés de mettre une feuille d’aluminium au dos de la cathode et une feuille de cuivre au dos de l’anode.

Leur rôle est très simple : collecter les électrons.

D’où leur nom de collecteurs. La chimie est une science très littérale et je lui en sais gré. Il faut dire que je suis tout sauf chimiste, je préfère donc limiter au maximum le jargon difficile et opaque.

Une fois que les collecteurs sont installés, il ne vous reste qu’à relier les feuilles de métal à deux câbles électriques, et vous êtes parés à appuyer sur l’interrupteur. Alors je vous laisse la joie d’enfoncer le bouton « ON » et d’admirer le spectacle :

charge batterie sodium-ion

Sur le dessin, c’est un double phénomène qu’on peut observer :

  • Les électrons que la cathode avait prêtés aux ions sodium sont aspirés par le câble électrique. Ils laissent ainsi les ions sodium orphelins, ce qui oblige ces derniers à plonger dans l’électrolyte. Mais par chance, une force irrésistible les attire vers l’anode.
  • Pour cause, des électrons affluent dans l’anode par le câble électrique. Ils s’accouplent alors avec les ions sodium qui se trouvaient dans l’électrolyte à proximité.

De cette manière, on assiste à un transfert des ions sodium de la cathode vers l’anode, jusqu’à épuisement de cette première et saturation de cette dernière.

À ce moment, la mini batterie que nous avons construite est entièrement chargée.

Mais elle est dans un état de déséquilibre notable.

L’anode est gavée jusqu’à la glotte d’ions sodium tandis que la cathode les a tous perdus. Si bien qu’un maigre coup de vent peut bouleverser la situation précaire de la mini batterie (nous verrons plus tard pourquoi je l’appelle comme ça).

Ce coup de vent, nous allons le provoquer.

Car c’est lui que nous recherchons, puisque nous n’avons aucun intérêt à conserver une mini batterie pleinement chargée. Nous, ce qu’on veut, c’est utiliser cette mini batterie chargée pour faire tourner un moteur.

La suite est donc très simple : branchons un moteur aux câbles, et voyons ce qu’il advient.

En route vers le moteur

Il tourne ! Le moteur tourne.

Car en le branchant aux câbles reliés aux électrodes, une drôle de réaction s’est instantanément produite.

Je vous laisse constater par vous-même :

décharge batterie sodium-ion

Les électrons qui se trouvaient en excès dans l’anode ont décidé de quitter les ions sodium avec lesquels ils coulaient des jours heureux. Leur destination : la cathode, via le câble électrique.

Mais l’astuce, c’est qu’on a placé un moteur au milieu de leur trajet.

De cette manière, ils passent à travers le moteur, le font tourner sans même s’en rendre compte, et vont gonfler les rangs de la cathode. Dans la mini batterie, c’est la même valse que tout à l’heure qui se produit, mais à l’envers. On voit en effet la cathode se remplir d’ions sodium et l’anode se vider.

Ce manège se poursuit tant qu’il reste des ions sodium appariés avec des électrons dans l’anode.

Mais rapidement, les rangs de la pauvre anode se vident totalement alors que ceux de l’opulente cathode n’ont plus aucune place de libre.

On dit alors que notre mini batterie s’est parfaitement déchargée.

Le moteur ne tourne plus, et plus rien ne bouge dans les électrodes. Seuls les malheureux ions sodium en surplus s’excitent dans l’électrolyte. Mais leur chance viendra peut-être au prochain tour. La roue finit toujours par tourner.

Grâce à ce cycle complet de charge puis de décharge, nous venons de voir en quoi la mini batterie que nous avons conçue « transforme des électrons en ions » :

  • Elle attire en effet les électrons qui se trouvent sur le réseau électrique ;
  • Elle les accouple avec des ions sodium dans l’anode pour les maintenir au calme ;
  • Puis lorsque le moment est venu, elle procède à un transfert des ions sodium vers la cathode, pour que les électrons traversent le moteur électrique et le fassent tourner.

Il me semble que c’est une belle illustration du génie humain.

Bravo à nous.

J’aimerais néanmoins rendre hommage aux ions sodium de notre mini batterie, dont le seul rôle est de transiter perpétuellement d’une électrode à l’autre. Eux illustrent le mythe de Sisyphe, à répéter encore et encore le même labeur sans aucune autre gratification que celle d’exister.

Maintenant que je me suis ému de leur sort, nous pouvons passer à la suite. Car nous n’en avons pas fini avec notre mini batterie.

Je sais que vous estimez mes dessins à leur juste valeur. Vous savez donc que j’y ai passé du temps. Dès lors, vous savez que si j’ai dessiné les grattoirs des deux éponges-électrodes, ce n’est pas seulement pour mon plaisir.

Et vous savez aussi que la ligne pointillée au milieu de l’électrolyte n’a pas non plus été tracée par hasard.

Vous faites bien.

Car les grattoirs et la ligne pointillée sont les deux derniers acteurs de la mini batterie sodium-ion dont nous n’avons pas encore parlé. Et quand on sait que la mini batterie prendrait feu s’ils n’existaient pas, vous imaginez bien qu’il faut en dire deux mots.

Les derniers détails : le séparateur et l’interface

Je vais aller vite sur ces deux derniers acteurs de notre mini batterie sodium-ion, car leur rôle est plus de faciliter l’action que d’agir directement.

Puisqu’il faut entamer le gâteau quelque part, commençons par le séparateur.

séparateur interfaces batterie sodium-ion

Comme vous pouvez le voir sur le dessin, le séparateur est cette sorte de filet que nous avons tendu exactement au milieu de l’électrolyte. Si on a fait ça, c’est pour éviter le cauchemar que Samsung a vécu avec son Galaxy Note 7 dont la batterie a pris feu chez de nombreux utilisateurs.

La raison de ces incendies : le court-circuit.

Des courts-circuits peuvent en effet se produire dans une batterie, lorsque des dépôts se forment à la surface des électrodes. On appelle ça des dendrites, sortes de stalactites métalliques qui grandissent jusqu’à toucher l’électrode opposée.

Ce qui résulte en un court-circuit désagréable.

La solution, c’est d’installer ce filtre au milieu afin d’empêcher les dendrites d’atteindre l’électrode opposée. Le filtre sépare les électrodes, ce qui lui vaut d’être logiquement appelé séparateur. Une preuve supplémentaire que la chimie aime les mots transparents.

Son rôle est donc double :

  • Résister aux sollicitations des dendrites qui se formeraient potentiellement et qui viendraient le titiller,
  • Et permettre néanmoins le passage des ions sodium avec aussi peu de friction que possible, pour que la batterie fonctionne.

Le séparateur est donc comme un surveillant dans la cour de récréation[4], qui veille à ce que tout se passe bien. Ce qui lui vaut d’ailleurs d’être une des clés de voûte des batteries sodium-ion, car leur densité énergétique (on reviendra sur le terme) dépend largement de sa qualité.

Mais le séparateur n’est pas le seul surveillant du préau agité.

Il y a aussi les interfaces, qui se trouvent à la frontière entre les deux électrodes et l’électrolyte. Leur rôle, tout aussi crucial[5], est double (à nouveau) :

  • Protéger les électrodes du contact avec l’électrolyte (car elles pourraient se corroder),
  • Et mettre en ordre les ions et les électrons qui voudraient s’apparier.

Les interfaces ont donc les mêmes responsabilités que le séparateur. Et elles aussi souffrent certainement de cet anonymat injuste, compte tenu de leur importance dans le fonctionnement des batteries sodium-ion.

Je voulais leur donner un peu de lumière, c’est maintenant chose faite.

Et je voulais comprendre le fonctionnement des batteries sodium-ion, c’est aussi chose faite.

Mais malgré ma nature paresseuse, je ne dois pas en rester là. Car pour le moment, je n’ai compris le fonctionnement d’une « mini batterie sodium-ion ». Les vraies batteries sodium-ion, celles de la vraie vie, ne ressemblent pas exactement à ce que j’ai dessiné.

La prochaine étape est donc toute trouvée : il faut que je sache à quoi ressemble une batterie sodium-ion en chair et en os.

Les batteries sodium-ion dans la vraie vie

Je vois deux étapes pour passer du concept théorique de « mini batterie » que nous avons dessiné, à une vraie batterie sodium-ion.

La première, c’est de trouver les matériaux qui la constituent. Car sans matière première, on risque de rencontrer les plus grandes peines du monde pour matérialiser la batterie sodium-ion qui nous tend les bras. Et qui, sans aucun doute, sauvera l’humanité du changement climatique (mais ça, c’est une autre histoire).

Je vais garder le mystère sur la deuxième étape à franchir. Pour la simple et bonne raison que c’est une étape briseuse de mythe. Je préfère donc vous ménager autant que je peux, jusqu’au moment fatidique.

Prenons donc les choses dans l’ordre et passons la première étape, celle des matériaux.

La matière des batteries sodium-ion : la chair qui les constitue

Ici, c’est assez simple. Du moins dans la segmentation.

En effet, il suffit de reprendre notre concept de mini batterie sodium-ion et de lister tous les éléments qui la composent. Il y en a 8 :

  • L’anode ;
  • Le collecteur de l’anode ;
  • L’interface de l’anode ;
  • L’électrolyte ;
  • Le séparateur ;
  • L’interface de la cathode ;
  • La cathode ;
  • Et le collecteur de la cathode.

Ça fait beaucoup de monde.

Je vais donc commencer par tailler dans la masse pour soustraire les éléments qui nous intéressent moins. Par exemple, si le séparateur et les interfaces ont un rôle crucial, ils ont aussi une masse très faible.

Je vais les sortir de mon étude, car je ne cherche pas à rédiger une thèse sur le sujet.

Il y a aussi les collecteurs donc on connaît déjà la composition : aluminium et cuivre. Certains disent d’ailleurs qu’on peut se passer du cuivre, et utiliser deux collecteurs d’aluminium.[6]

Quoi qu’il en soit, nous avons bien élagué puisqu’il ne reste que les électrodes et l’électrolyte.

Me voilà plus léger. Et prompt à entamer ma recherche par les matériaux des électrodes, car je sais que ce sont eux qui dimensionnent majoritairement la capacité des batteries.

Une cathode en oxyde lamellaire et une anode en carbone

D’après ce que je comprends, la jeunesse des batteries sodium-ion n’a pas encore permis que des matériaux se démarquent aussi nettement que pour les batteries lithium-ion.

Mais il semblerait que deux types de matériaux[7] se partagent les électrodes :

  • Les oxydes lamellaires pour la cathode ;
  • Et le carbone dur pour l’anode.

Nous n’allons évidemment pas entrer dans des détails trop techniques.

Mais grossièrement, les oxydes lamellaires sont des matériaux à base d’un oxyde de métal. Leur intérêt, c’est que leur géométrie en forme de lamelles les rend particulièrement accueillants pour les ions sodium[8] .

Les oxydes de métal peuvent être des oxydes de titane, de vanadium, de chrome, de manganèse, de fer, de cobalt ou de nickel.

Autrement dit, tous les métaux qu’on appelle « de transition », car ils sont à la recherche d’électrons. Ce qui les rend pertinents dans une électrode remplie d’électrons. Et il semblerait que les plus populaires pour les batteries sodium-ion soient les cathodes en oxyde de manganèse lamellaire.

Mais cette science est jeune, il est donc possible que ça change prochainement. Rien n’est fixé.

Quant à l’anode, elle est en carbone.

Si vous avez lu mes articles sur les batteries lithium-ion et sur les supercondensateurs (dont Nawa Technologies est le fer de lance), ça ne vous étonnera pas. Car les anodes de ces deux autres technologies de stockage électrique sont elles aussi en carbone.

Mais la batterie sodium-ion apporte une nuance.

C’est que les ions sodium sont trop gros pour s’intercaler dans le graphite. On ne peut donc pas installer une anode en graphite comme sur les autres technologies, ce qui nous a amenés à utiliser des carbones durs « désordonnés ».

C’est une appellation peu commune pour parler de carbone.

Grossièrement, l’idée est de maltraiter sévèrement un morceau de charbon pour qu’à la fin, il ait une structure particulière. Et ce qui nous intéresse là-dedans, c’est que grâce à un mécanisme qu’on définit comme « turbostratique », les ions sodium viennent s’intercaler dans le carbone.

Et c’est tout ce que nous avons vraiment besoin de savoir.

Les matériaux nécessaires à la fabrication des deux électrodes sont donc cochés. Il ne reste que l’électrolyte pour arriver à la libération que nous espérons tant.

L’électrolyte, pas toujours liquide

Au même titre que pour les électrodes, l’électrolyte est un acteur majeur de la batterie sodium-ion.

Je sais que j’ai dit ça pour tous les composants que j’ai cités (à juste titre), mais il faut s’en rappeler. Car comme pour les électrodes, des recherches sont faites activement pour trouver la candidate parfaite. Les matériaux que je vais citer ici ne seront donc sûrement plus d’actualité dans 10 ans.

Il existe plusieurs types d’électrolyte :

  • liquide non aqueux,
  • liquide aqueux et ionique,
  • gel,
  • céramique,
  • verre,
  • et polymère solide[9].

Autrement dit, les candidats ne manquent pas. Et parmi tout ce monde, ce sont les électrolytes liquides qui sont les plus utilisés.

Leur composition est très simple : un sel de sodium (NaClO4, NaPF6 ou NaTFSI) dissous dans un solvant aqueux (de l’eau donc) ou organique (carbonate d’éthylène, carbonate de propylène, carbonate de diméthyle, carbonate de diéthyle, et d’autres noms inconnus).

Avec ça, nous voilà donc éclairés.

Nous sommes capables de citer tous les composants de la mini batterie sodium-ion que nous avons dessinée plus haut. C’est un premier pas vers la matérialisation de notre batterie sodium-ion.

Et puisque j’aime faire des bilans, j’ai tout résumé dans un dessin :

composition batterie sodium-ion

Voilà donc une bonne chose de faite.

Mais vous vous souvenez certainement qu’en mentionnant la première étape que nous venons de cocher, j’ai fait référence à une deuxième étape. Une étape qui, selon mes mots, est une « briseuse de mythe ».

Le moment est donc venu de savoir pourquoi je la décris ainsi.

Et par la même occasion, on comprendra pourquoi j’ai qualifié l’artefact que j’ai dessiné plus haut de « mini batterie ». Lourd programme certes, mais passionnant.

De la batterie à la cellule

Je suis prêt à parier père et mère qu’une des raisons pour lesquelles vous êtes ici s’appelle Tesla.

En effet, quoi qu’on puisse en dire et aussi sceptiques qu’on puisse être envers Elon Musk, il faut s’y résoudre : c’est Tesla qui a tout permis. Sans Tesla, les véhicules électriques auraient sans aucun doute explosé, à un moment ou à un autre. Mais jamais aussi vite et fort qu’aujourd’hui.

Autrement dit, Tesla est devenu un mythe.

Et si le design des voitures de la marque californienne y est pour quelque chose, leur batterie est la recette secrète qui les a rendues inévitables. Toute la stratégie de Tesla repose sur leur batterie qui mène la course à l’armement, de très loin.

Tout ça, c’est très élégant.

Mais Tesla cache un lourd secret.

Et je vais vous le révéler, en vous invitant à démonter l’une de leur batterie. Pour ce faire, c’est très simple. Dépensez plusieurs dizaines de milliers d’euros pour acheter un modèle Tesla, garez-le dans votre garage et ôtez-lui ses sièges et son plancher.

La batterie bénie trône devant vos yeux.

Maintenant, dévissez les capots que vous voyez dépasser. Et constatez par vous-mêmes.

La réalité matérielle derrière les batteries magiques

batterie tesla

La batterie de votre Tesla, si chère et si belle, n’est en réalité qu’une juxtaposition de modules dans lesquels sont entassées des centaines de piles cylindriques. Ces piles sont appelées « cellules » (à ne pas confondre avec les piles à combustible), et c’est en leur sein que se déroule en réalité la magie des batteries.

Le futur de la mobilité, si conquérant et fier, repose dans ces pauvres petites piles cylindriques.

Celles-là mêmes qui ressemblent à s’y méprendre à celles qu’on trouve au Carrefour du coin.

Quel rapport avec ce dont on a parlé jusqu’à présent ?

Les « mini batteries sodium-ion » que nous avons difficilement fabriquées jusqu’ici ne sont en réalité que des cellules. Et elles suivent le même principe de confection que la batterie de votre Tesla démembrée.

Ainsi, pour passer du stade de la cellule à la batterie :

  • Il faut passer d’un mécanisme soigné comme celui que nous avons découvert ensemble,
  • à un entassement presque vulgaire de piles.

Mais ce n’est pas tout.

Car arrivés ici, vous vous demandez peut-être comment on peut rentrer tous les composants que nous avons cités plus haut dans une si petite cellule. La réponse risque de ne pas vous plaire : en les entassant, façon lasagne.

Car voilà à quoi ressemble l’intérieur d’une cellule[10] :

intérieur cellules batteries

On aperçoit très bien les nobles composants que nous avons découverts, pressés les uns contre les autres dans une carcasse. Notons d’ailleurs que la forme de la carcasse (cylindrique, prismatique ou en poche) indique la catégorie de la cellule.

Afin de briser le mythe comme il se doit, je vais donc résumer :

  • Les cellules ne sont qu’un empilement de composants, façon gratin de patates ;
  • Et les batteries ne sont qu’un entassement de cellules, façon poulets en batterie.

Cette démystification, aussi douloureuse soit-elle, est utile.

Car elle nous permet de constater que derrière les beaux packagings se cache une réalité matérielle pragmatique. Elle nous rappelle que la magie n’existe pas, et qu’il y a toujours une astuce un peu décevante de la part du prestidigitateur.

Et le pire dans tout ça ?

Vous n’êtes même pas au bout de vos peines. Parce que les batteries sodium-ion cachent d’autres secrets, que je m’apprête à démystifier dans quelques secondes.

Ne nous arrêtons pas en si bon chemin

Jusqu’à présent, nous avons exclusivement étudié les batteries sodium-ion en tant que telles. Nous les avons observées comme des objets d’étude à part entière, intéressants par eux-mêmes.

C’est très bien, car ça nous a permis de les connaître parfaitement.

Nous savons en effet comment les batteries sodium-ion fonctionnent, nous savons aussi de quoi elles sont composées, et nous savons enfin qu’elles sont un simple assemblage de cellules.

Mais ce n’est pas suffisant.

En effet, si les chercheurs et les entreprises s’échinent à développer les batteries sodium-ion, ce n’est pas pour la beauté du geste. Ils le font pour répondre à l’une des plus grandes questions de notre temps : comment stocker l’électricité à l’usage de la mobilité électrique de la meilleure manière ?

Si on veut s’assurer que la batterie sodium-ion est une réponse satisfaisante à cette question hautement cruciale, on va devoir faire quelques vérifications d’usage. Vous allez voir, ça va être musclé par moments.

J’espère donc que vous n’êtes pas trop émotionnellement attachés à cette batterie.

Les batteries sodium-ion dans les véhicules électriques

Après plusieurs années d’études des véhicules électriques et des dizaines d’articles d’analyses, j’ai remarqué qu’on pouvait résumer la qualité d’un véhicule en l’analysant selon 5 axes :

  • Celui des performances (quelle autonomie ? quelle vitesse maximale ? quelle capacité d’accélération ? etc.) ;
  • Suivi par celui de l’usage (le véhicule répond-il avec pertinence à un usage précis ?) ;
  • Puis l’axe du design (est-il beau ? qu’inspire-t-il ?) ;
  • Sans oublier évidemment l’axe du prix (combien de livrets vais-je devoir vider ?) ;
  • Et enfin, le plus important en matière de mobilité électrique, l’axe de l’empreinte environnementale (de combien est-il plus vertueux que son équivalent thermique ?).

Grâce à cette segmentation, j’arrive à me faire un avis très objectif sur tous les modèles présents sur le marché.

Et comme les batteries ont un rôle prépondérant dans la qualité d’un véhicule électrique, il me semble que la meilleure solution est d’utiliser cette grille de lecture.

Ainsi, je vais étudier les batteries sodium-ion selon les 4 axes dans lesquels elles interviennent : les performances, l’usage, le prix et l’impact environnemental.

(Je mets donc de côté le design, qui n’est que très peu influencé par la technologie de stockage.)

Et je peux vous garantir qu’en suivant cette grille, on ne peut aboutir qu’à une réponse éclairante.

Les performances des batteries sodium-ion

Sur l’axe des performances, il est très simple de connaître la qualité d’une technologie de batterie. Car les performances reposent simplement sur deux mesures :

  • La densité énergétique (en Wh/kg – unité d’énergie par unité de masse), qui décrit la capacité de la batterie à garantir une grande autonomie pour un poids modéré ;
  • Et la densité de puissance (en kW/kg – unité de puissance par unité de masse), qui témoigne de la faculté de la batterie à se recharger vite et à fournir de la puissance au moteur.

Il suffit donc de chercher la densité énergétique et la densité de puissance des batteries sodium-ion pour être fixés.

C’est donc ce que j’ai fait.

Ce n’était pas particulièrement simple, car les batteries sodium-ion sont encore assez jeunes.

Mais qu’à cela ne tienne, après avoir écumé la toile, j’ai trouvé deux constructeurs de batteries sodium-ion qui partageaient leurs chiffres :

Jetés au hasard comme ça, ces chiffres peuvent vous sembler incompréhensibles.

Et ils le sont.

Ne vous sentez d’ailleurs pas du tout obligés de les retenir par cœur. La seule chose qu’il est important de retenir, c’est que ces chiffres ne sont pas si éloignés de ceux des batteries lithium-ion.

Ils sont inférieurs, mais pas si éloignés.

Autrement dit, les batteries sodium-ion ne sont aujourd’hui pas les solutions les plus performantes qui existent. Mais ça pourrait changer. Car des chercheurs ont réussi à atteindre une densité énergétique quasiment égale à celle des meilleures batteries lithium-ion[13][14].

Quoi qu’il en soit, il faut s’y résoudre : les batteries sodium-ion ne sont aujourd’hui pas celles qui affichent les meilleures performances.

Ce n’est pas une défaite par KO, mais l’écart avec les batteries aujourd’hui utilisées sur nos véhicules électriques reste quand même significatif.

Recharge & autonomie : quelle pertinence des batteries sodium-ion ?

Concernant la pertinence avec laquelle les batteries sodium-ion répondent à l’usage des automobilistes et des motards, l’analyse est assez facile à faire.

Car cette pertinence dépend directement des performances.

Or nous venons de le voir, la batterie sodium-ion est inférieure en termes de densité énergétique à ce qui existe aujourd’hui sur nos véhicules électriques. Et elle est aussi probablement inférieure sur la densité de puissance.

Ce qui veut dire qu’elle garantit une moins grande autonomie que la concurrence, et une moins bonne vitesse de charge.

Dès lors, la batterie sodium-ion n’est pour le moment pas en bonne position pour détrôner les batteries lithium-ion des voitures électriques. Car on sait très bien que pour ces dernières, l’enjeu se situe justement dans l’augmentation de l’autonomie et dans la réduction du temps de charge.

En revanche, ces critères sont moins prégnants chez les motos électriques.

En effet, peu nombreux sont les motards qui utilisent leur moto sur de longues distances. Le besoin d’une autonomie éléphantesque n’est donc pas si vital. Ce qui relativise le retard des batteries sodium-ion sur la densité énergétique.

Et c’est le même refrain pour la densité de puissance.

Car les batteries des motos électriques ayant de plus faibles capacités que celles de leurs homologues à 4 roues, on peut se satisfaire d’une densité de puissance plus faible. Quelques minutes de plus n’abîmeront pas l’expérience de recharge.

Du reste, les batteries sodium-ion et lithium-ion sont égales.

Elles ont la même forme, ne nécessitent rien d’autre qu’une prise électrique, et il est impossible de les distinguer en conditions d’utilisation.

Ce qui me fait penser qu’en termes d’usage, c’est un « non » pour les voitures électriques, et un « pourquoi pas » pour les motos électriques.

Le prix : les batteries sodium-ion tiennent-elles leurs promesses ?

Si on revient en 2013 et en 2014, voilà ce qu’on imaginait pour les batteries sodium-ion :

  • D’après un article que j’ai cité avant[9], le coût du carbonate de sodium nécessaire aux électrodes était 33 fois inférieur à celui du carbonate de lithium. Bon plan !
  • Et d’après un autre article qui faisait référence dans le domaine[15], les batteries sodium-ion avaient le potentiel de coûter environ 2 fois moins cher que les batteries lithium-ion. Excellent plan !

Malheureusement, et malgré le prix du sodium largement plus faible que celui du lithium, tout ne s’est pas passé comme prévu.

D’abord, il y a eu la hausse du prix du carbonate de sodium de 17% depuis 2010[16]. La tuile.

Mais dans le même temps, le prix du carbonate de lithium a lui augmenté de 151%. Donc aujourd’hui, la matière première principale des batteries sodium-ion est 86 fois moins chère que celles des batteries lithium-ion.

Attendez.

Ça veut dire que tout s’est passé encore mieux que prévu ?

Non, pas vraiment.

Car le problème auquel la batterie sodium-ion fait face aujourd’hui est un problème de taille : les fabricants des batteries lithium-ion ont livré une guerre sans relâche au coût par kWh de leurs batteries.

Tant et si bien que malgré un coût des matières premières largement supérieur, les batteries lithium-ion sont aujourd’hui moins chères que les batteries sodium-ion : 168 €/kWh pour la technologie de batterie lithium-ion la plus utilisée, contre 223 €/kWh pour une batterie sodium-ion[17] .

32% d’écart, c’est beaucoup.

Et il y a de quoi être amer, car le prix était censé être l’un des arguments majeurs en faveur du sodium.

Mais voilà, c’est le jeu. Les batteries sodium-ion ont encore beaucoup de chemin à faire. Et il me semble nécessaire de leur rappeler que si elles veulent s’imposer, elles devront muscler un peu leur jeu.

En revanche, si elles surpassent la concurrence sur l’impact environnemental, il n’est pas impossible qu’elles deviennent d’un seul coup beaucoup plus intéressantes que prévu.

L’impact environnemental : verdict final

L’impact environnemental est à mes yeux le critère le plus important auquel doivent répondre les véhicules électriques.

Car s’il ne fallait leur attribuer qu’une mission, ça serait sans aucun doute de corriger l’erreur que nous avons commise avec les véhicules thermiques, qui abîment tout sur leur passage. Or on sait très bien que pour le moment, les véhicules électriques ne sont pas exemplaires sur ce point.

Et leur point faible est tout trouvé : les batteries et leur cruelle empreinte écologique.

On comprend donc pourquoi les batteries au sodium doivent être capables de faire mieux que les technologies existantes si elles veulent s’implanter dans la mobilité électrique.

Alors, verdict ?

Mitigé.

Mais avant de vous le présenter, j’aimerais dire quelques mots sur les moyens que l’on a pour étudier l’impact environnemental des batteries sodium-ion.

Car pour y parvenir, on fait ce qu’on appelle une analyse de cycle de vie.

Des scientifiques se sont spécialisés dans ce domaine, qui consiste à observer l’impact total des batteries sur toute leur durée de vie. Ça commence donc lors de la production (de l’excavation des minerais à la fabrication de la batterie) et ça se termine lors de la fin de vie.

Et pour observer l’impact global, ces scientifiques étudient divers impacts : l’impact sur le climat, sur la santé humaine, sur les ressources naturelles, sur la vie marine, sur les sols, etc.

Je vais donc présenter les différentes conclusions qu’ils ont tirées sur ces différents segments d’étude.

À commencer par le plus évident : l’impact climatique.

Des émissions de gaz à effet de serre pas exemplaires

L’empreinte climatique d’une batterie se mesure simplement par les émissions de gaz à effet de serre dont elle est responsable sur sa durée de vie.

Et à ce jeu, les batteries sodium-ion ne s’en sortent pas si bien.

En effet, selon une étude de 2020[18], les batteries sodium-ion souffrent du pire score en termes d’émissions de gaz à effet de serre lors de leur production :

gaz à effet de serre batteries

Et cette étude poursuit en montrant que même si on intègre le recyclage au calcul, les batteries sodium-ion restent celles qui sont responsables des plus lourdes émissions en gaz à effet de serre.

Autrement dit, les batteries sodium-ion perdent face à la concurrence sur toute la ligne.

Pourtant, un des auteurs de ce papier avait mené une étude comparable en 2016. Et à cette époque, la batterie sodium-ion était bien mieux classée[19]. Mais c’est ainsi. Les autres batteries n’ont pas attendu le sodium pour progresser.

Si on se contente de cette lecture, on a l’impression que c’est perdu pour la batterie sodium-ion.

Mais il ne faut pas baisser les armes si facilement. Car si on regarde de plus près l’étude d’où j’ai tiré le graphique[18], on trouve les sources d’émissions de gaz à effet de serre de chaque batterie.

Et ce qu’on observe, c’est que l’énergie nécessaire pour produire les cellules tient une large responsabilité.

Or une étude[20] a montré que pour faire chuter ce chiffre, il suffisait de fabriquer les cellules dans un pays avec un mix énergétique faiblement carboné. Ce qui veut dire qu’en fabriquant hors de Chine, on peut diviser par 3 l’impact climatique.

Il y a donc des pistes pour améliorer l’empreinte climatique des batteries sodium-ion.

Mais force est de constater que dans l’état actuel des choses, si on décide de les fabriquer en Chine, elles n’ont aucune chance de convaincre face aux batteries lithium-ion.

Les autres impacts de l’analyse de cycle de vie

Il y a très peu d’études comparatives de l’analyse de cycle de vie des batteries sodium-ion et des autres batteries. La seule que j’ai trouvée date de 2016, et je l’ai déjà citée plus haut[19] en affirmant que ses résultats ne sont plus d’actualité.

Mais faute de mieux, je ne peux m’appuyer que sur cette étude.

Elle pourrait être plus exhaustive, mais les 6 aspects traités par les auteurs restent intéressants puisqu’ils étudient :

  • L’influence de la production sur le changement climatique (qu’on a déjà évoquée) ;
  • Le potentiel de déplétion des ressources naturelles ;
  • Mais aussi le potentiel d’eutrophisation marine (qui met en danger la biodiversité marine) ;
  • Le potentiel d’eutrophisation de l’eau douce (pas idéal pour l’eau potable) ;
  • Le potentiel de toxicité humaine ;
  • Et le potentiel d’acidification des sols (qui influence la fertilité des sols).

En résumé, voilà ce qu’on apprend :

  • Les batteries sodium-ion sont les moins toxiques pour l’humain et elles affichent une plus faible eutrophisation de l’eau douce ;
  • Elles sont dans la moyenne pour la déplétion des ressources naturelles et l’acidification terrestre ;
  • Et elles recueillent la pire note sur l’eutrophisation marine.

Autrement dit, il y a du bon et il y a du moins bon. Il n’y a donc pas à crier au génie, et pas non plus à crier à l’arnaque. C’est de l’entre-deux.

Quid de l’approvisionnement ?

Enfin, il y a un point qui n’est jamais directement traité dans les analyses de cycle de vie : l’approvisionnement en matières premières.

Pourtant, il faut se souvenir que nos ressources minérales ne sont pas infinies. Et lorsqu’on s’intéresse à l’impact environnemental d’une technologie, on doit aussi veiller à l’impact de son approvisionnement de manière globale.

Ça veut d’abord dire qu’on doit vérifier qu’on n’épuise pas les réserves (ce qui est déjà pris en compte par l’aspect de déplétion des ressources naturelles évoqué juste avant). Mais ça veut aussi dire qu’on doit aussi vérifier l’impact social et géopolitique de l’approvisionnement.

Et ça, c’est moins évident.

Sur ce point, une étude de décembre 2020 a essayé de dresser un tableau de la situation[21]. Et il semblerait que la comparaison du risque d’approvisionnement soit à l’avantage des batteries sodium-ion.

Mais d’après cette étude, il faudra néanmoins faire attention à l’état de ressources en manganèse et en nickel.

Ce que je retiens aussi de la lecture de ce papier, c’est que sur les 3 chimies de batteries sodium-ion étudiées, aucune n’utilise de cobalt. Et quand on sait le casse-tête que représente ce minerai, tant en quantité de ressources qu’en désastre social, je ne peux que m’en satisfaire.

Et évidemment, les batteries au sodium ne consomment pas un gramme de lithium.

Si on se réfère à l’article cité juste avant, c’est un excellent point au regard de l’explosion de la demande en lithium à laquelle nous allons faire face.

Ce qui conclut le dernier des 4 axes de mon étude comparative.

Arrivé ici, je dois avouer que j’aurais espéré un impact environnemental plus radieux. Car objectivement, il n’y a pas de quoi sauter au plafond.

Ce qui m’amène à cette conclusion.

Les batteries sodium-ion : ça se discute sérieusement

Si je fais le bilan de mon analyse comparative entre les batteries sodium-ion et leurs concurrentes lithium-ion, voilà ce que j’en retiens :

  • Sur le plan des performances, les batteries au sodium sont moins intéressantes que les batteries aujourd’hui installées sur les véhicules électriques. Elles ne sont pas distancées outre mesure, mais ça laisse nécessairement songeur sur leur pertinence.
  • Si je regarde l’usage, je vois que les batteries au sodium ne sont pas pertinentes pour les voitures électriques. Mais leur utilisation n’est pas aberrante sur une moto électrique.
  • Malheureusement, les batteries sodium-ion sont plus chères que les batteries lithium-ion qui équipent les véhicules électriques actuels.
  • Enfin, leur impact environnemental est contrasté, mais leur intérêt principal réside dans l’absence de lithium et de cobalt.

Autrement dit, les batteries sodium-ion sont légèrement en retard sur les technologies de batteries qui ont fait leurs preuves dans la mobilité électrique. Mais si elles arrivent à doper leurs performances, elles risquent de causer des migraines aux fabricants de véhicules électriques.

Et concernant la question qui m’intéresse, je suis bien plus avancé.

Car je suis en pleine conception de ma moto électrique. Je cherche donc à trouver la technologie de batterie qui conviendra le mieux à notre prototype.

Et la batterie sodium-ion fait partie des candidates.

Après ce que j’ai découvert dans cet article, voilà ma réponse : je vais sérieusement y réfléchir. Car malgré leurs faibles performances et leur prix encore élevé, elles présentent un intérêt évident en termes d’impact environnemental.

Mais pour faire mon choix, il faudra que j’en discute avec les fabricants de batteries.

Et vous imaginez bien que je ne peux pas mettre cet article à jour à chaque nouvelle discussion avec un fabricant. Si vous êtes intéressés par ma moto électrique, ça se passera donc dans votre boîte e-mail.

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On se retrouve de l’autre côté !

Références scientifiques

[1]   U. Koehler, « Chapter 2 – General Overview of Non-Lithium Battery Systems and their Safety Issues », in Electrochemical Power Sources: Fundamentals, Systems, and Applications, J. Garche et K. Brandt, Éd. Elsevier, 2019, p. 21‑46. doi: 10.1016/B978-0-444-63777-2.00002-5.

[2]   J. Speirs et M. Contestabile, « The Future of Lithium Availability for Electric Vehicle Batteries », in Green Energy and Technology, 2018, p. 35‑57. doi: 10.1007/978-3-319-69950-9_2.

[3]   L. T. N. Huynh, « Les accumulateurs au sodium et sodium-ion, une nouvelle génération d’accumulateurs électrochimiques : synthèse et électrochimie de nouveaux matériaux d’électrodes performants », These de doctorat, Paris Est, 2016. Consulté le: avr. 30, 2021.

[4]   L. Zhang et al., « Synergism of surface group transfer and in-situ growth of silica-aerogel induced high-performance modified polyacrylonitrile separator for lithium/sodium-ion batteries », Journal of Membrane Science, vol. 577, p. 137‑144, mai 2019, doi: 10.1016/j.memsci.2019.02.002.

[5]   S. Komaba et al., « Electrochemical Na Insertion and Solid Electrolyte Interphase for Hard-Carbon Electrodes and Application to Na-Ion Batteries », Advanced Functional Materials, vol. 21, no 20, p. 3859‑3867, 2011, doi: https://doi.org/10.1002/adfm.201100854.

[6]   T. Risthaus et al., « A high-capacity P2 Na2/3Ni1/3Mn2/3O2 cathode material for sodium ion batteries with oxygen activity », Journal of Power Sources, vol. 395, p. 16‑24, août 2018, doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.05.026.

[7]   A. M. Skundin, T. L. Kulova, et A. B. Yaroslavtsev, « Sodium-Ion Batteries (a Review) », Russ J Electrochem, vol. 54, no 2, p. 113‑152, févr. 2018, doi: 10.1134/S1023193518020076.

[8]   C. G. R. Didier, « Etude des oxydes lamellaires NaxVO2 : électrochimie, structure et propriétés physiques », phdthesis, Université Sciences et Technologies – Bordeaux I, 2013. Consulté le: mai 05, 2021.

[9]   K. Vignarooban et al., « Current trends and future challenges of electrolytes for sodium-ion batteries », International Journal of Hydrogen Energy, vol. 41, no 4, p. 2829‑2846, janv. 2016, doi: 10.1016/j.ijhydene.2015.12.090.

[10] E. Riviere, « Détermination in-situ de l’état de santé de batteries lithium-ion pour un véhicule électrique », phdthesis, Université Grenoble Alpes, 2016. Consulté le: mai 07, 2021.

[11] A. Nikolian et al., « Complete cell-level lithium-ion electrical ECM model for different chemistries (NMC, LFP, LTO) and temperatures (−5 °C to 45 °C) – Optimized modelling techniques », International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 98, p. 133‑146, juin 2018, doi: 10.1016/j.ijepes.2017.11.031.

[12] A. Baasner et al., « The Role of Balancing Nanostructured Silicon Anodes and NMC Cathodes in Lithium-Ion Full-Cells with High Volumetric Energy Density », J. Electrochem. Soc., vol. 167, no 2, p. 020516, janv. 2020, doi: 10.1149/1945-7111/ab68d7.

[13] X. Liu et al., « A Simple Electrode-Level Chemical Presodiation Route by Solution Spraying to Improve the Energy Density of Sodium-Ion Batteries », Advanced Functional Materials, vol. 29, no 50, p. 1903795, 2019, doi: https://doi.org/10.1002/adfm.201903795.

[14] J. Zhang et al., « A Novel NASICON-Type Na4MnCr(PO4)3 Demonstrating the Energy Density Record of Phosphate Cathodes for Sodium-Ion Batteries », Advanced Materials, vol. 32, no 11, p. 1906348, 2020, doi: https://doi.org/10.1002/adma.201906348.

[15] N. Yabuuchi, K. Kubota, M. Dahbi, et S. Komaba, « Research development on sodium-ion batteries », Chem Rev, vol. 114, no 23, p. 11636‑11682, déc. 2014, doi: 10.1021/cr500192f.

[16] H. S. Hirsh, Y. Li, D. H. S. Tan, M. Zhang, E. Zhao, et Y. S. Meng, « Sodium-Ion Batteries Paving the Way for Grid Energy Storage », Advanced Energy Materials, vol. 10, no 32, p. 2001274, 2020, doi: https://doi.org/10.1002/aenm.202001274.

[17] J. F. Peters, A. Peña Cruz, et M. Weil, « Exploring the Economic Potential of Sodium-Ion Batteries », Batteries, vol. 5, no 1, Art. no 1, mars 2019, doi: 10.3390/batteries5010010.

[18] M. Mohr, J. F. Peters, M. Baumann, et M. Weil, « Toward a cell-chemistry specific life cycle assessment of lithium-ion battery recycling processes », Journal of Industrial Ecology, vol. 24, no 6, p. 1310‑1322, 2020, doi: https://doi.org/10.1111/jiec.13021.

[19] J. Peters, D. Buchholz, S. Passerini, et M. Weil, « Life cycle assessment of sodium-ion batteries », Energy Environ. Sci., vol. 9, no 5, p. 1744‑1751, mai 2016, doi: 10.1039/C6EE00640J.

[20] H. Hao, Z. Mu, S. Jiang, Z. Liu, et F. Zhao, « GHG Emissions from the Production of Lithium-Ion Batteries for Electric Vehicles in China », Sustainability, vol. 9, no 4, Art. no 4, avr. 2017, doi: 10.3390/su9040504.

[21] D. Karabelli et al., « Sodium-Based Batteries: In Search of the Best Compromise Between Sustainability and Maximization of Electric Performance », Front. Energy Res., vol. 8, 2020, doi: 10.3389/fenrg.2020.605129.

2 commentaires

  1. Loïc LM

    Comme pour tous les autres articles de ce blog, je reste admiratif pour la qualité du contenu, que ce soit en termes de recherche, de solidité des raisonnements et de la place faite aux contre-arguments. Bravo et merci !

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