Un nouveau prototype de batterie plein de promesses

L’idée d’employer du sodium dans les batteries remonte aux années 80. Elle avait été écartée au profit du lithium très rapidement utilisé dans les batteries équipant aujourd’hui les appareils électroniques portatifs comme les tablettes et les ordinateurs portables, mais aussi les véhicules électriques. Seul problème : le lithium est peu abondant sur notre planète. Des équipes du réseau RS2E porté par le CNRS se sont donc tournées vers le sodium, mille fois plus abondant. S’inspirant des batteries lithium-ion, elles ont conçu des batteries sodium-ion dans lesquelles des ions sodium transitent d’une électrode à l’autre dans un milieu liquide, au fil des cycles de charge et de décharge.

La première étape a consisté à trouver la « recette » idéale de l’électrode positive (cathode) de cette batterie. Elle a principalement impliqué six laboratoires du réseau RS2E (voir liste ci-dessous), tous réunis autour du même objectif : identifier la composition adéquate de cette électrode principalement constituée de sodium. La mise au point d’un prototype a été confiée au CEA, membre du RS2E. Seulement six mois ont été nécessaires pour mettre au point le premier prototype de batteries sodium-ion au format « 18650 », celui des batteries lithium-ion actuellement commercialisées, un cylindre de 1,8 cm de diamètre sur 6,5 cm de hauteur. Cela devrait permettre un transfert facilité au sein des usines de fabrication actuelles. Plusieurs laboratoires internationaux travaillent également sur cette technologie mais aucun n’a aujourd’hui annoncé la réalisation de prototype de ce format.

Cette deuxième étape a permis de passer d’une échelle « laboratoire » (synthèse de plusieurs grammes du matériau formant la cathode) à une échelle « pré-industrielle » (synthèse d’un kilogramme). Elle a rendu possible la fabrication de cellules produisant une puissance inégalée pour ce type de batteries. Cette nouvelle technologie obtient des performances encourageantes. Sa densité d’énergie (la quantité d’électricité que l’on peut stocker par kilogramme de batterie) atteint 90Wh/kg, un chiffre comparable à celui des batteries lithium-ion à leur début. Quant à sa durée de vie, exprimée en nombre maximum de cycles de charge et de décharge sans perte significative de performance, elle est de plus de 2 000 cycles. Surtout, cette batterie est capable à la fois de se charger très rapidement et de restituer son énergie très vite. Son principal atout reste qu’elle s’affranchit du lithium, un élément dont les ressources sont très localisées sur Terre, contrairement au sodium. L’autre avantage est financier : compte tenu de son abondance, utiliser du sodium pourrait permettre de produire des batteries moins coûteuses.

L’ensemble de ces travaux a fait l’objet de plusieurs publications et brevets déposés par le CNRS et le CEA. Il a bénéficié des soutiens notamment du ministère de l’Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche, du CNRS, du CEA, de l’ANR (Agence nationale de la recherche) et de la DGA (Direction générale de l’armement).

Compte tenu de la similitude des process industriels avec les batteries lithium, cette découverte intéresse d’ores et déjà les industriels, notamment ceux appartenant au réseau RS2E. La prochaine étape est d’optimiser et de fiabiliser les procédés en vue d’un futur déploiement industriel.

Source : cnrs