Si les batteries lithium-ion dominent le marché des véhicules électriques, des inquiétudes persistent quant à la pénurie de matières premières, aux coûts et aux pratiques d’extraction et d’exploitation minière. La production de lithium est coûteuse et n’est pas particulièrement écologique.
En comparaison, le carbonate de sodium est abondant. En fait, c’est le sixième élément le plus présent sur la planète et il est plus de 1 000 fois plus abondant que le lithium. Le sodium présente donc des avantages significatifs en matière de disponibilité et de coût, mais son adoption dans les véhicules électriques se heurte à certains obstacles majeurs.
À l’heure actuelle, il semble que les batteries sodium-ion soient plus prometteuses pour les systèmes de stockage d’énergie (ESS) que pour les véhicules électriques.
Table des matières
| BATTERIES LITHIUM-ION | BATTERIES SODIUM-ION | |
|---|---|---|
| MATIÈRES PREMIÈRES | Rares (0,0017 % de la croûte terrestre)1 | Abondantes (2,6 % de la croûte terrestre)2 |
| IMPACT ENVIRONNEMENTAL | Impact plus élevé
| Impact plus faible
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| COÛTS DES MATÉRIAUX | Le coût du carbonate de lithium de qualité batterie varie entre 10 000 et 11 000 dollars par tonne métrique3 | Le coût du carbonate de sodium de qualité batterie varie entre 600 et 650 dollars par tonne métrique4 |
| COÛTS DE PRODUCTION | 70 dollars kWh5 | 50 dollars kWh5 |
| DENSITÉ ÉNERGÉTIQUE | Plus élevée : 100-300 Wh/kg6 | Plus faible : 100-160 Wh/kg6 |
| RECHARGE | Temps de recharge plus lents | Temps de recharge plus rapides |
| CYCLE DE VIE | 8 000 à 10 000 cycles7 | 5 000 cycles7 |
| SÉCURITÉ |
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| POIDS | Une densité énergétique plus élevée signifie des batteries plus légères pour les véhicules électriques | Une densité énergétique plus faible signifie des batteries plus lourdes pour les véhicules électriques |
| TRANSPORT DES MATÉRIAUX |
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Comme vous pouvez le constater, les cellules sodium-ion produites à grande échelle présentent des avantages évidents, notamment en matière de coût, de disponibilité des matières premières et d’impact environnemental. Cependant, leur densité énergétique empêche les batteries sodium-ion d’être largement adoptées dans les véhicules électriques. Une densité énergétique plus faible implique l’utilisation de cellules plus grandes, ce qui augmente considérablement le poids et l’encombrement.
Toutefois, lorsque l’on compare les deux technologies, il faut tenir compte de la géopolitique. La Chine est le premier producteur mondial de batteries lithium-ion. CATL est le plus grand fabricant, avec environ 35 % de parts de marché, suivi par BYD et LG Energy Solutions, qui représentent ensemble 21 % du marché.
Les États-Unis sont les principaux fournisseurs de carbonate de sodium. La volonté des États-Unis d’accroître leur indépendance énergétique et de réduire leur dépendance vis-à-vis de la Chine pourrait avoir un impact sur l’avenir du sodium dans la composition chimique des batteries.
Actuellement, le sodium-ion détient une part de marché d’environ 5 %. Celle-ci devrait passer à 30 % d’ici 2030, mais principalement dans le domaine du stockage d’énergie.
Yiwei, du groupe JAC, soutenu par VW, a lancé le premier véhicule électrique à batterie sodium-ion, et il existe un potentiel pour les petits véhicules. Cependant, les batteries lithium-fer-phosphate (LFP) ont déjà un coût de production comparable dans ce cas. Le coût moyen par kilowattheure est presque identique, tandis que les batteries LFP ont une durée de vie plus longue.
« Dans l’ensemble, la différence de coût entre les composés chimiques sodium-ion et LFP est donc potentiellement très faible. Compte tenu de l’avantage potentiel des LFP en matière de performances, la différence de coût ne fait pas des batteries sodium-ion les grandes gagnantes. » — Innovation News Network
Actuellement, les batteries lithium-nickel-manganèse-cobalt (NMC) représentent environ 50 % du marché, tandis que les batteries LFP en représentent 38 %. D’ici 2030, ces deux technologies devraient atteindre respectivement 42 % et 41 % du marché.
Compte tenu des différences de coût minimes et des meilleures performances, les LFP sont probablement la solution préférée par rapport aux batteries sodium-ion. La technologie lithium-ion devrait également voir son coût diminuer et ses performances augmenter grâce à la poursuite de la R&D.
« L’adoption du sodium-ion dépend de la reproduction des performances du prototype à grande échelle et sera également limitée par l’amélioration continue de la densité énergétique des LFP et la baisse de leurs coûts. » — Industry Week
L’un des plus grands défis des batteries sodium-ion est d’ordre purement physique. La masse du sodium est trois fois supérieure à celle du lithium, ce qui réduit la densité énergétique gravimétrique. Avec une densité énergétique inférieure d’environ 30 % à celle du lithium-ion, l’autonomie devient un problème.
Le potentiel redox, qui correspond à la tendance des molécules à gagner ou à perdre des électrons lors d’une réaction chimique, est également inférieur d’environ 10 % à 25 % à celui du lithium. Cela signifie que les batteries sodium-ion fournissent moins d’énergie pour chaque ion arrivant dans la cathode.
Cependant, les batteries sodium-ion présentent un énorme potentiel pour le stockage d’énergie. D’ici 2026, on prévoit que 70 % des batteries sodium-ion seront utilisées pour le stockage d’énergie afin de soutenir les réseaux électriques. Seulement 18 % seront utilisées pour les véhicules électriques et le reste pour les petits moyens de transport, tels que les scooters. Il existe également un fort potentiel pour le stockage d’énergie domestique.
Ces opportunités pourraient toutefois être limitées par la chaîne d’approvisionnement, les infrastructures et les usines de production de batteries sodium-ion. D’ici 2027, on prévoit que les solutions sodium-ion pourront produire 3,8 térawattheures d’énergie, mais qu’elles ne suffiront pas à répondre à la demande. Même d’ici 2030, la capacité de production devrait passer à 6,4 térawattheures, mais la demande s’élèvera à 7,6 térawattheures.
Les deux technologies présentent des avantages et des inconvénients, et nous devrions assister à une diversification des cas d’utilisation. En général, le sodium-ion est considéré comme complémentaire plutôt que comme un substitut dans la fabrication des véhicules électriques. CATL, par exemple, développe une solution de batterie AB qui combine des batteries sodium-ion et lithium-ion dans un seul bloc.
À l’avenir, il semble que le lithium-ion sera le choix privilégié pour les véhicules électriques, tandis que le sodium-ion sera préféré pour le stockage d’énergie, où le poids et la densité sont moins importants, et pour les véhicules électriques extrêmement petits ou les véhicules à guidage automatique.
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Expert technique et consultant en batteries et systèmes de propulsion électrique, Stéphane est titulaire d’un diplôme en physique avec une spécialisation en photonique, optique, électronique, robotique et acoustique. Investi dans la transition vers les véhicules électriques, il a conçu des batteries industrielles pour vélos électriques. Pendant son temps libre, il anime une chaîne YouTube consacrée à tout ce qui touche à l’électricité.
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