Des batteries sodium-ion économes en ressources et respectueuses du climat
Les batteries basées sur des matières premières abondantes pourraient réduire les risques géopolitiques et les dépendances à l'égard de régions spécifiques
La transition vers une société sans combustibles fossiles signifie que les besoins en batteries augmentent rapidement. Dans le même temps, cette augmentation entraînera une pénurie des métaux lithium et cobalt, qui sont des composants clés des types de batteries les plus courants. L'une des options est la batterie sodium-ion, dont les principales matières premières sont le sel de table et la biomasse issue de l'industrie forestière. Aujourd'hui, des chercheurs de l'université technologique de Chalmers, en Suède, montrent que ces batteries sodium-ion ont un impact climatique équivalent à celui de leurs homologues lithium-ion, sans risque de manquer de matières premières. "Les matériaux que nous utilisons dans les batteries du futur seront importants pour pouvoir passer aux énergies renouvelables et à un parc automobile sans énergie fossile", explique Rickard Arvidsson, professeur associé d'analyse des systèmes environnementaux à l'université de Chalmers.
Selon la loi sur les matières premières critiques de la Commission européenne, la demande de matières premières critiques pour les batteries devrait augmenter de façon exponentielle à mesure que les pays de l'UE passeront aux systèmes d'énergie renouvelable et aux véhicules électriques. La transition écologique nécessitera également une production locale accrue de batteries et d'autres nouvelles technologies non fossiles, et un approvisionnement régulier en matières premières est nécessaire pour répondre à la demande. Dans le même temps, cette production comporte un risque élevé de rupture d'approvisionnement, en raison du nombre limité de sources de matières premières.
"Les batteries lithium-ion sont en train de devenir une technologie dominante dans le monde et elles sont meilleures pour le climat que les technologies basées sur les combustibles fossiles, en particulier dans le domaine des transports. Mais le lithium constitue un goulet d'étranglement. Il n'est pas possible de produire des batteries au lithium au même rythme que les voitures électriques, et les gisements risquent de s'épuiser à long terme", explique Rickard Arvidsson. En outre, les matériaux essentiels aux batteries, tels que le lithium et le cobalt, sont en grande partie extraits dans quelques endroits seulement dans le monde, ce qui représente un risque pour l'approvisionnement.
Les batteries sodium-ion : une technologie prometteuse
Le développement de nouvelles technologies de batteries progresse rapidement dans la quête de la prochaine génération de stockage d'énergie durable, qui devrait de préférence avoir une longue durée de vie, une densité énergétique élevée et être facile à produire. L'équipe de recherche de Chalmers a choisi d'étudier les batteries sodium-ion, qui contiennent du sodium - une substance très courante que l'on trouve dans le chlorure de sodium ordinaire - au lieu du lithium. Dans une nouvelle étude, ils ont procédé à une évaluation du cycle de vie des batteries, en examinant leur impact total sur l'environnement et les ressources au cours de l'extraction des matières premières et de la fabrication.
"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 pénurie de ressources minérales, et équivalentes en termes d'impact sur le climat. Selon le scénario choisi, elles produisent entre 60 et un peu plus de 100 kilogrammes d'équivalents de dioxyde de carbone par kilowattheure de capacité théorique de stockage de l'électricité, ce qui est inférieur aux chiffres précédemment rapportés pour ce type de batterie sodium-ion. Il s'agit clairement d'une technologie prometteuse", déclare Rickard Arvidsson.
Les chercheurs ont également identifié un certain nombre de mesures susceptibles de réduire davantage l'impact sur le climat, comme la mise au point d'un électrolyte plus respectueux de l'environnement, qui représente une grande partie de l'impact total de la batterie.
L'énergie verte nécessite un stockage de l'énergie
Les batteries sodium-ion d'aujourd'hui devraient déjà être utilisées pour le stockage stationnaire de l'énergie dans le réseau électrique et, si leur développement se poursuit, elles seront probablement aussi utilisées dans les véhicules électriques à l'avenir.
"Le stockage de l'énergie est une condition préalable à l'expansion de l'énergie éolienne et solaire. Étant donné que le stockage se fait principalement au moyen de batteries, la question est de savoir à partir de quoi ces batteries seront fabriquées. L'augmentation de la demande de lithium et de cobalt pourrait être un obstacle à ce développement", déclare Rickard Arvidsson.
Le principal avantage de cette technologie réside dans le fait que les matériaux utilisés dans les batteries sodium-ion sont abondants et peuvent être trouvés partout dans le monde. L'une des électrodes des batteries - la cathode - contient des ions sodium comme porteurs 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 issue de l'industrie forestière. En termes de processus de production et de géopolitique, les batteries sodium-ion constituent également une alternative susceptible d'accélérer la transition vers une société sans énergie fossile.
"Les batteries basées sur des matières premières abondantes pourraient réduire les risques géopolitiques et les dépendances à l'égard de régions spécifiques, tant pour les fabricants de batteries que pour les pays", déclare Rickard Arvidsson.
En savoir plus sur l'étude
L'étude est une évaluation prospective du cycle de vie de deux cellules de batterie sodium-ion différentes, dont l'impact sur l'environnement et les ressources est calculé du berceau à la porte, c'est-à-dire de l'extraction des matières premières à la fabrication d'une cellule de batterie. L'unité fonctionnelle de l'étude est la capacité théorique de stockage d'électricité de 1 kWh au niveau de la cellule. Les deux types de cellules de batterie sont principalement basés sur des matières premières abondantes. L'anode est constituée de carbone dur provenant soit de lignine biosourcée, soit de matières premières fossiles, et la cathode est constituée de ce que l'on appelle le "blanc de Prusse" (composé de sodium, de fer, de carbone et d'azote). L'électrolyte contient un sel de sodium. La production est modélisée pour correspondre à une future production à grande échelle. Par exemple, la production réelle de la cellule de batterie est basée sur la production à grande échelle actuelle de batteries lithium-ion dans des gigafactéries.
Deux bouquets d'électricité différents ont été testés, ainsi que deux types de méthodes d'allocation, c'est-à-dire d'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 leur masse, et une méthode où tout l'impact est attribué au produit principal (la batterie sodium-ion, ses composants et ses matériaux).
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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