Comment les batteries sodium-ion pourraient-elles diminuer le prix des voitures électriques11/10/2023 Les voitures qui brûlent de l’essence et du diesel doivent être remplacées par des alternatives renouvelables si la crise climatique doit être surmontée. Les véhicules électriques sont considérés comme la meilleure option disponible. En effet, les véhicules électriques peuvent être alimentés par de l’électricité renouvelable provenant d’un réseau électrique, évitant ainsi le besoin de combustibles fossiles. Ils peuvent stocker et libérer cette énergie avec une efficacité proche de 100%, alors que le moteur à combustion interne de la plupart des voitures modernes ne peut convertir utilement qu’environ 30% de l’énergie à partir du carburant. Les véhicules électriques peuvent également être rechargés des milliers de fois, offrant des kilomètres similaires à ceux des voitures conventionnelles. Cette prouesse d’ingénierie est possible grâce à la batterie rechargeable. Le lithium-ion est la technologie de batterie la plus performante disponible sur le marché. Mais la demande pour ces batteries explose et le coût des matières premières pour les fabriquer est élevé, par exemple, le prix du carbonate de lithium a été multiplié par dix entre fin 2020 et 2022. Avec plus de 84% des gisements de lithium connus concentrés en Argentine, en Australie, au Chili et en Chine, la sécurisation des matières premières pour les batteries lithium-ion peut être difficile et coûteuse pour les fabricants. Heureusement, des batteries à base d’ions sodium pourraient surmonter ces problèmes et, en fin de compte, produire des véhicules électriques moins chers. Sodium-ion versus lithium-ion On peut imaginer une batterie comme un sandwich : ses deux électrodes (appelées cathode et anode) sont comme des tranches de pain contenant de l'électrolyte. L’électrolyte est généralement un liquide qui imbibe chacune des électrodes et contient à l'intérieur une forte concentration d’ions dissous. Lorsque la batterie est rechargée, les ions se déplacent vers l’anode et sont stockés à l’intérieur jusqu’à ce que l’énergie soit nécessaire. Lorsque la voiture est allumée, ils reviennent dans l’autre sens dans la cathode, générant un courant électrique à travers le circuit externe qui alimente le moteur qui permet à la voiture de rouler. Le lithium est le meilleur élément à utiliser car les ions sont petits et légers. Cela signifie qu’ils peuvent être emballés étroitement à l’intérieur des électrodes et se déplacer rapidement, produisant des batteries capables de se charger en aussi peu que 20 minutes. Mais en deuxième position se trouve le sodium. Positionné immédiatement derrière le lithium dans le tableau périodique, le sodium partage de nombreuses propriétés chimiques, telles que la capacité de se déplacer aussi rapidement dans les matériaux de la batterie. Mais il est 1 000 fois plus abondant sur Terre que le lithium. Le matériau clé pour la fabrication de batteries sodium-ion, le carbonate de sodium (ou carbonate de soude), peut être trouvé dans les roches et les saumures des lacs salés ou il peut être fabriqué dans des usines à partir de calcaire et de sel. Ces deux minéraux sont largement accessibles et pratiquement inépuisables. Les matériaux contenant du sodium sont largement accessibles et pratiquement inépuisables. Timo Volz/Unsplash, CC BY Le passage de batteries au lithium à des batteries sodium-ion pourrait réduire la dépendance aux minéraux critiques et produire des batteries moins chères. Mais peuvent-elles alimenter les véhicules électriques? Avec une seule charge complète, les batteries lithium-ion les plus récentes peuvent alimenter un véhicule électrique entre 480 à 650 km. Malheureusement, les ions de sodium sont trois fois plus lourds et 30% plus gros que les ions lithium. Cela signifie que les électrodes des batteries sodium-ion doivent être plus épaisses et plus lourdes pour contenir la même quantité d’énergie. Coûts-avantages De nouvelles innovations signifient que les batteries au sodium pourraient rivaliser avec certains systèmes lithium-ion, en particulier ceux qui utilisent des cathodes de phosphate de fer lithium, connues dans l’industrie sous le nom de LFP. Bien que les batteries contenant du LFP ne puissent pas stocker l’énergie aussi densément que les meilleures technologies actuelles, ces batteries revêtent de plus en plus d’intérêt car elles sont généralement environ 20% moins chères. Alors que des cathodes sodium-ion sont en cours de développement, les batteries utilisent des cathodes d’oxyde stratifiées les plus énergivores. Ces batteries sont assez bonnes pour fournir des véhicules électriques de passagers moins chers capables de couvrir entre 245 et 400 km. Des analyses récentes ont démontré que les dernières batteries sodium-ion peuvent même réduire le coût des batteries LFP grâce à ces matières premières moins chères. Le résultat est que la technologie sodium-ion peut fournir des véhicules électriques à faible coût avec une autonomie suffisante pour convenir aux banlieusards et aux conducteurs urbains en particulier. La Chine a déjà reconnu ce potentiel. La société chinoise de batteries CATL a récemment révélé son intention de fournir au constructeur automobile chinois Chery des batteries sodium-ion pour un nouveau modèle de véhicule électrique. Deux autres fabricants chinois, HiNa et JAC Group, ont également annoncé des véhicules électriques avec batteries au sodium capables d’une autonomie de 250 km, qui se vendraient environ 10 000 $ USD (13 600 $ CAD) en Chine. Les perspectives pour les véhicules électriques sodium-ion On peut certainement améliorer la densité énergétique des batteries sodium-ion. La cathode demeure le principal goulot d’étranglement. Les meilleurs matériaux de cathode d’oxyde stratifiés ne peuvent stocker qu’environ la moitié moins d’ions sodium que l’anode, ce qui signifie que l'on doive utiliser deux fois plus de matériau de cathode pour équilibrer les deux côtés du sandwich, ce qui ajoute au poids de la batterie. Des recherches sont en cours pour développer de nouveaux matériaux cathodiques capables de stocker plus d’ions sodium dans leur structure et fournir une tension de sortie plus élevée, pour ajouter plus d'autonomie aux véhicules électriques. Les batteries sodium-ion sont de plus en plus présents sur le marché des véhicules électriques. Jusqu’où iront-elles pour concurrencer les batteries au lithium cela dépend de la future économie et des progrès de la science des matériaux. Vous pouvez être sûr, au moins, que vous entendrez de plus en plus parler des véhicules électriques sodium-ion. Maison Robert The Conversation Contribution: André H. Martel
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