Potentiel d'innovation des piles sodium-ion
Un nouveau rapport sur l'environnement analyse les opportunités et les risques le long des futures chaînes de valeur possibles
Un nouveau rapport environnemental du Fraunhofer FFB se concentre sur les batteries sodium-ion en tant que technologie alternative. Les chercheurs examinent les caractéristiques technologiques de la batterie ainsi que les activités de la recherche et de l'industrie liées à cette technologie - de la production de matériaux et de cellules à l'émergence de marchés d'utilisateurs. Le rapport environnemental a été préparé dans le cadre du projet global "FoFeBat" financé par le BMBF.
La demande de batteries lithium-ion (LIB) augmente rapidement. Selon une étude de l'Institut Fraunhofer pour la recherche sur les systèmes et l'innovation (ISI), la demande annuelle devrait atteindre 6 000 GWh par an d'ici à 2040. Pour répondre à cette énorme demande de capacité de stockage des batteries ou de cellules de batteries, il faut non seulement un grand nombre d'usines de cellules de batteries, mais aussi un approvisionnement sûr, économique et durable en matières premières. Compte tenu de la forte demande de lithium et des problèmes d'approvisionnement qui en découlent, la question des technologies de batteries alternatives ne nécessitant pas de lithium est extrêmement pertinente.
Dans le cadre de la recherche de solutions de remplacement, les batteries sodium-ion (SIB) font l'objet d'activités intensives dans la recherche et l'industrie. Dans ces batteries, le lithium rare est remplacé par le sodium, qui est largement disponible dans le monde entier. Plusieurs nouveaux acteurs industriels, également connus pour leur production de batteries LIB, produisent déjà des prototypes ou ont déjà commencé à produire des batteries SIB. Selon les fabricants de cellules, les capacités de production mondiales annoncées pour les cellules SIB s'élèvent à 75 GWh d'ici 2030.
Le rapport environnemental récemment publié, qui a été préparé en coopération avec l'Institut Fraunhofer pour les technologies de production IPT, la chaire PEM de l'université RWTH d'Aix-la-Chapelle et l'Institut Fraunhofer pour la recherche sur les systèmes et l'innovation ISI, examine tout d'abord les activités de recherche actuelles et les brevets et publications qui s'y rapportent en Europe et dans le monde. Le rapport se concentre ensuite sur les caractéristiques des groupes industriels (1) extraction des matières premières et développement ou production de matériaux, (2) développement et production de cellules, et (3) applications et concepts d'intégration. Pour chaque groupe, il analyse les innovations ou les objectifs actuels, les défis en matière de R&D et les acteurs de la recherche et de l'industrie dans ce domaine. Le rapport montre également dans quelle mesure les différentes voies d'innovation du Fraunhofer FFB peuvent aider l'industrie à résoudre les problèmes de R&D au seuil de l'applicabilité industrielle des technologies de traitement. Le rapport environnemental répond à un certain nombre de questions concernant le potentiel futur des cellules SIB.
En quoi les cellules SIB sont-elles différentes des cellules LIB ?
Les cellules SIB se caractérisent par une bonne disponibilité des ressources, la sécurité et une capacité de décharge profonde. En ce qui concerne les matériaux, le sodium est disponible en Allemagne en quantités presque illimitées et donc à faible coût, par exemple sous forme de chlorure de sodium, c'est-à-dire de sel de table, ou de carbonate de sodium (soude). La plus grande disponibilité du sodium (par rapport au lithium) en fait un matériau de départ facilement accessible et potentiellement évolutif pour les systèmes de stockage d'énergie. Cependant, le sodium n'a pas la densité énergétique du lithium. Cela signifie que la cellule SIB peut fournir moins d'énergie qu'une cellule LIB comparable. C'est pourquoi la recherche se concentre actuellement sur l'augmentation de la densité énergétique.
Quelles sont les applications potentielles des cellules SIB ?
L'éventail des prévisions de marché pour les cellules SIB analysées dans le rapport sur l'environnement est très large. La plupart des progrès technologiques ont été réalisés par des entreprises asiatiques. À moyen terme, les cellules SIB n'atteindront pas les performances des cellules LIB. Cependant, ils peuvent tirer parti de leurs atouts, en particulier dans le domaine du stockage stationnaire de l'énergie et des piles cylindriques utilisées dans les petits appareils électroménagers et les outils électriques. "Les batteries lithium-ion, qui sont déjà sur le marché, ont une densité énergétique beaucoup plus élevée en termes de masse, ce qui leur permet de couvrir un plus large éventail d'applications. Cependant, les deux technologies ne sont pas en concurrence, mais servent plutôt un marché en forte croissance et en synergie. En particulier pour les solutions de mobilité urbaine et le stockage domestique, les batteries sodium-ion peuvent constituer une solution attrayante en raison de leur prix potentiellement plus bas", explique le Dr Moritz Schaefer, chercheur au sein du groupe Matériaux du Fraunhofer FFB.
Quelle est la contribution du paysage européen de l'innovation en matière de R&D pour permettre l'entrée rapide de SIB sur un marché économiquement et stratégiquement indépendant ?
En tant qu'unité d'accélération, le Fraunhofer FFB aide l'industrie à relever les défis de la R&D au seuil de l'exploitation des technologies industrielles. À cette fin, les partenaires industriels allemands et européens ont accès aux différentes voies d'innovation du Fraunhofer FFB, telles que la recherche contractuelle bilatérale, la participation à des mesures de financement de la recherche sur les batteries ou la mise à l'échelle industrielle dans le cadre de programmes nationaux et européens. Ces voies sont conçues pour contribuer à raccourcir la durée des cycles d'innovation.
Florian Degen, directeur de la division "Stratégie et développement d'entreprise" du Fraunhofer FFB, souligne la nécessité de poursuivre le financement et l'expansion des activités de R&D pour permettre l'entrée sur un marché européen indépendant : "En Allemagne et en Europe, les conditions du succès des batteries sodium-ion sont réunies. L'évolution des prix et de la chaîne d'approvisionnement des matériaux LIB à l'avenir sera déterminante pour le développement d'une industrie des SIB. Il est donc d'autant plus important de promouvoir la coopération entre l'industrie et la recherche, afin que les fabricants allemands puissent se lancer rapidement dans la production de batteries sodium-ion et utiliser cette technologie pour compléter le marché des batteries".
Contexte : Le projet "FoFeBat
L'étude a été réalisée dans le cadre du projet FoFeBat financé par le ministère fédéral allemand de l'éducation et de la recherche (BMBF). L'objectif du projet est de créer l'institut de recherche Fraunhofer pour la production de cellules de batteries FFB à Münster, une installation Fraunhofer qui permettra la recherche et le développement de la production de cellules de batteries jusqu'à l'échelle du GWh. En particulier, le Fraunhofer FFB reprendra des technologies très mûres (à partir du stade du prototype) et les transposera à l'échelle industrielle.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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