Les batteries lithium-ion ont révolutionné (ou participé à la révolution) des appareils électriques du quotidien. Mais, ces dernières ont des limites (densité, cycles, charges, courts-circuits, etc.) qui les feront sans doute bientôt être de l’histoire ancienne. Peut-être supplantées par les batteries sodium-ion.
John B. Goodenough est Professeur à la Cockrell School of Engineering de l’Université du Texas (Austin). Ce nom ne vous dit sans doute rien, et pourtant vous êtes tous entourés de sa co-invention, tous les jours. Goodenough (94 ans) est l’un de ceux qui ont permis à la batterie lithium-ion d’être performante comme on l’a connait et sortir des laboratoires de chimie. En effet, c’est en 1980 qu’il publie avec K. Mizushima, P.C. Jones et P.J. Wiseman, ses recherches sur les cathodes utilisant le dioxyde de cobalt et de lithium (structure lamellaire, stabilité, etc.).
Métal-air, sodium-ion, etc. ces nouvelles batteries
Et bien ce bon Professeur, qui pourrait couler des jours paisibles, n’a toujours pas raccroché la blouse et supervise toujours des groupes de travail sur…les nouvelles batteries. On le sait, il existe plusieurs pistes prometteuses (en labo) pour remplacer les li-ion qui atteignent certaines limite de densité. Outre les batteries métal-air, il y a aussi les sodium-ion.
Ici, le sodium remplace le lithium. Ce sont deux métaux alcalins, qui se ionisent assez facilement (charge +1). Mais, le sodium a pour lui d’être bien plus abondant que le lithium (qui n’est pourtant pas rare). D’autant que l’on n’a pas à détruire des forêts ou des montagnes entières pour en extraire quelques kilogrammes. Il suffit d’aller dans l’océan pour en avoir « à la pelle ».
Que des avantages la Na-ion ?
L’autre souci des batteries lithium-ion à électrolytes liquides, ce sont les « dendrites ». Ce phénomène provoque, à force de (sur)charges, des « filaments » de lithium entre l’anode et la cathode, provoquant un court-circuit et l’explosion ou au moins la combustion de la batterie. Ici, Goodenough remplace le liquide par du verre. Une matrice de « verre recuit » (matériau amorphe) permet le passage des ions sodium mais évite les dendrites.
Autre bonne nouvelle, la densité sera, à terme, au moins trois fois plus grande que les lithium ion. Pour le même poids on embarquera donc 3 fois plus d’énergie, c’est à dire de distance pour un véhicule électrique. Et la charge pourrait également se faire plus vite sans endommager la batterie. L’abondance du sodium et le coût modeste de l’électrolyte en verre font que ces batteries pourraient coûter aussi beaucoup moins que les actuelles.
« Il n’y a plus qu’à… »
Pour autant, il faut encore dépasser le stade du laboratoire. En effet, beaucoup de pistes prometteuses pour les batteries sont restées au stade de promesse devant l’incapacité à les produire en série, ou les produire à coût raisonnable. Actuellement, les batteries sodium-ion sont certes plus stables et moins coûteuses, mais elles sont aussi moins denses, ce qui les cantonne à un rôle de batteries stationnaires. Les derniers prototypes de cellules Na-ion, format 18650, sont environ à 90/100 Wh/kg (contre 200 à 250 pour les Li-ion les plus performantes).
Mais Goodenough se montre confiant pour dépasser ce stade. Pour ceux qui veulent lire la publication en entier, c’est par > ici <.
Source : Energy & Environmental Science, illustration : Cockrell School of Engineering (J. Goodenough) / CNRS (un prototype de cellule Na-ion)
