Des chercheurs de l’Université de technologie Chalmers en Suède ont démontré que les batteries sodium-ion ont un impact climatique équivalent à celui de leurs homologues lithium-ion, mais qu’elles ne risquent pas de manquer de matières premières.
« Les batteries lithium-ion deviennent une technologie dominante dans le monde et elles sont meilleures pour le climat que les technologies fossiles, notamment en matière de transport. Mais le lithium constitue un goulot d’étranglement. Vous ne pouvez pas produire des batteries au lithium au même rythme que vous le souhaiteriez pour produire des voitures électriques, et les gisements risquent de s’épuiser à long terme », Rickard Arvidsson, auteur principal de l’étude publiée dans le Journal d’écologie industriellea déclaré dans un communiqué aux médias.
Arvidsson a souligné qu’en plus de leur disponibilité naturelle limitée, les matériaux critiques pour les batteries, tels que le lithium et le cobalt, sont en grande partie extraits dans quelques endroits seulement dans le monde, ce qui présente un risque pour l’approvisionnement.
Selon lui, c’est la raison pour laquelle les batteries sodium-ion offrent une technologie prometteuse et c’est pourquoi son équipe a décidé de les approfondir.
En détail, ils ont réalisé une évaluation du cycle de vie des batteries, où ils ont examiné leur impact total sur l’environnement et les ressources lors de l’extraction et de la fabrication des matières premières.
« Nous sommes arrivés à la conclusion que les batteries sodium-ion sont bien meilleures que les batteries lithium-ion en termes d’impact sur la rareté des ressources minérales, et équivalentes en termes d’impact climatique », a déclaré Arvidsson. « Selon le scénario que vous envisagez, ils se situent entre 60 et un peu plus de 100 kilogrammes d’équivalents dioxyde de carbone par kilowattheure de capacité théorique de stockage d’électricité, ce qui est inférieur à ce qui avait été rapporté précédemment pour ce type de batterie sodium-ion. C’est clairement une technologie prometteuse.
Les chercheurs ont également identifié plusieurs mesures susceptibles de réduire davantage l’impact climatique, telles que le développement d’un électrolyte meilleur pour l’environnement, car il représente une grande partie de l’impact total de la batterie.
Stockage d’Energie
Les batteries sodium-ion actuelles devraient déjà être utilisées pour le stockage d’énergie stationnaire dans le réseau électrique et, avec un développement continu, elles seront probablement également utilisées dans les véhicules électriques à l’avenir.
« Le stockage de l’énergie est une condition préalable au développement de l’énergie éolienne et solaire. Étant donné que le stockage se fait principalement avec des batteries, la question est de savoir de quoi seront fabriquées ces batteries ? La demande accrue de lithium et de cobalt pourrait constituer un obstacle à ce développement », a noté Arvidsson.
Le principal avantage de cette technologie réside dans le fait que les matériaux contenus dans les batteries sodium-ion sont abondants et peuvent être trouvés partout dans le monde. Une électrode des batteries – la cathode – contient des ions sodium comme porteur de charge, et l’autre électrode – l’anode – est constituée de carbone dur qui, dans l’un des exemples étudiés par les chercheurs de Chalmers, peut être produit à partir de la biomasse de l’industrie forestière. .
« Les batteries basées sur des matières premières abondantes pourraient réduire les risques géopolitiques et la dépendance à l’égard de régions spécifiques, tant pour les fabricants de batteries que pour les pays », a déclaré Arvidsson.
L’évaluation du cycle de vie
L’étude est une évaluation prospective du cycle de vie de deux cellules de batterie sodium-ion différentes, où l’impact sur l’environnement et les ressources est calculé depuis l’extraction des matières premières jusqu’à la fabrication d’une cellule de batterie.
L’unité fonctionnelle de l’étude est une capacité théorique de stockage d’électricité de 1 kWh au niveau de la cellule. Les deux types de cellules de batterie reposent principalement sur des matières premières abondantes. L’anode est constituée de carbone dur provenant soit de lignine d’origine biologique, soit de matières premières fossiles, et la cathode est constituée de ce qu’on appelle le « blanc de Prusse » (constitué de sodium, de fer, de carbone et d’azote). L’électrolyte contient un sel de sodium. La production est modélisée pour correspondre à une production future à grande échelle. Par exemple, la production actuelle de cellules de batterie repose sur la production actuelle à grande échelle de batteries lithium-ion dans des giga-usines.
Deux mix électriques différents ont été testés, ainsi que deux types différents de méthodes dites d’allocation, c’est-à-dire l’allocation des ressources et des émissions. Une méthode où l’impact sur le climat et les ressources est réparti entre les coproduits en fonction de la masse, et une méthode où tout l’impact est attribué au produit principal (la batterie sodium-ion et ses composants et matériaux).
