Avec la demande mondiale croissante d’énergie renouvelable et propre, les solutions énergétiques efficaces et durables deviennent de plus en plus importantes. En raison de la rareté des ressources en lithium, piles au sodium ont reçu une large attention de la part du monde universitaire et de l’industrie, tant au niveau national qu’international depuis 2010, et la recherche connexe a rapidement augmenté.
Actuellement, les batteries au sodium sont passées du stade du laboratoire à celui des applications commerciales. De nombreuses entreprises à travers le monde, comme le chinois Ningde Times et le japonais Kishida Chemical, ont commencé à définir leur structure industrielle pour les batteries au sodium.
En juin 2018, une société chinoise nommée ZhongkeHaina a lancé le premier véhicule électrique à basse vitesse avec batterie au sodium (72 V, 80 Ah) au monde, et en juin 2021, la société a lancé un système de stockage d'énergie par batterie au sodium de 1 MWh.
Cet article explore les caractéristiques, les avantages, la valeur commerciale et les perspectives de développement futur des batteries au sodium.
Table des matières
Comment fonctionnent les piles au sodium
Avantages et caractéristiques des batteries au sodium
Domaine d'application des batteries au sodium
Perspectives du marché et tendances de développement des batteries au sodium
Conclusion
Comment fonctionnent les piles au sodium
Une batterie au sodium est une batterie secondaire (rechargeable) qui repose principalement sur le mouvement des ions sodium entre les électrodes positives et négatives pour fonctionner. Une batterie au sodium se compose d'une électrode positive, d'une électrode négative, d'un collecteur de courant, d'un électrolyte et d'un séparateur.
Le principe de fonctionnement des batteries au sodium est similaire à celui des batteries lithium-ion. Pendant la charge et la décharge, les ions sodium vont et viennent entre les deux électrodes. Lors de la charge, les ions sodium sont désintercalés de l'électrode positive et intégrés dans l'électrode négative via l'électrolyte. Pendant la décharge, le processus est inversé, les ions sodium étant extraits de l'électrode négative, passant à travers l'électrolyte et s'intercalant dans le matériau de l'électrode positive, ramenant l'électrode positive à un état riche en sodium.
Avantages et caractéristiques des batteries au sodium
Par rapport aux batteries lithium-ion traditionnelles, les batteries au sodium présentent des avantages et des caractéristiques uniques.
Par exemple, les batteries au sodium sont relativement peu coûteuses. Les batteries au sodium sont principalement fabriquées à partir de sels de sodium, plus abondants et moins chers que les sels de lithium. De plus, les batteries au sodium utilisent des matériaux à base de manganèse et de nickel comme électrodes positives, qui ne nécessitent pas l'utilisation de métaux rares et coûteux, le cobalt ou le nickel, ce qui réduit encore les coûts des matériaux. Par conséquent, le coût global de fabrication des batteries au sodium est relativement faible.
Deuxièmement, les batteries au sodium sont très sûres. Ils ont une résistance interne plus élevée, ce qui entraîne moins de génération de chaleur lors des courts-circuits. Par conséquent, ils sont plus stables pendant le chargement et le déchargement et présentent moins de risques pour la sécurité, tels que la combustion ou les explosions. De plus, les batteries de stockage d'énergie au sodium ont moins de restrictions de température d'utilisation et peuvent fonctionner normalement même à des températures élevées ou basses.
Troisièmement, les batteries au sodium sont plus respectueuses de l’environnement car elles ne contiennent pas d’éléments toxiques ou de métaux lourds tels que le plomb et le mercure. Par rapport à d’autres types de batteries, les batteries au sodium ont également un impact négatif moindre sur l’environnement lors de leur production, de leur utilisation et de leur recyclage.
Quatrièmement, ils ont une longue durée de vie. Les batteries au sodium peuvent se charger plusieurs milliers de fois ou plus, ce qui est nettement plus élevé que les batteries au plomb traditionnelles ou les batteries lithium-ion. Par conséquent, l’utilisation de batteries au sodium peut réduire les coûts de remplacement des batteries et les coûts de maintenance.
Domaine d'application des batteries au sodium
L’un des inconvénients des batteries au sodium est que, par rapport aux batteries au lithium, elles ont une densité énergétique plus faible, ce qui signifie qu’elles ont tendance à nécessiter plus d’espace pour la même quantité d’énergie stockée et ont certaines limitations en termes d’espace d’utilisation. On s’attend donc à ce qu’ils soient d’abord appliqués aux véhicules électriques à basse vitesse. À mesure que l'industrie mûrit, il est probable que les batteries au sodium seront progressivement appliquées à des scénarios de stockage d'énergie tels que le stockage d'énergie renouvelable, le stockage d'énergie domestique et à l'échelle du réseau, etc.
Malgré leurs capacités réduites, les performances globales des batteries au sodium sont néanmoins meilleures que celles des batteries au plomb. Dans le cadre de la tendance mondiale du développement vert et de la protection de l'environnement, le remplacement des batteries au plomb de courte durée et très polluantes par des batteries au sodium semble devenir la tendance générale. L’industrialisation des batteries au sodium en est encore à ses balbutiements, mais les coûts ultérieurs devraient diminuer et devenir à terme inférieurs à ceux des batteries au plomb, permettant ainsi des applications industrialisées à grande échelle.
De plus, en raison de leur faible coût et de leur longue durée de vie, les batteries au sodium présentent des avantages uniques dans les systèmes de stockage d’énergie à grande échelle. Par rapport aux systèmes de batteries lithium-ion traditionnels, les systèmes de stockage d’énergie construits à l’aide de batteries au sodium peuvent répondre à la demande énergétique de manière plus économique et plus fiable. Les batteries au sodium joueront donc un rôle important dans le stockage de l’électricité excédentaire provenant de nouvelles sources d’énergie, comme l’énergie solaire et éolienne. L'instabilité de ces sources d'énergie renouvelables signifie que les approvisionnements en énergie fluctuent, ce qui fait des batteries au sodium un choix idéal pour stocker l'excédent d'électricité provenant de nouvelles sources d'énergie.
Perspectives du marché et tendances de développement des batteries au sodium
Avec une attention croissante accordée au développement durable et aux sources d’énergie propres, les perspectives de marché des batteries au sodium sont larges et elles joueront probablement un rôle important dans les futures transitions énergétiques. Avec le développement rapide des domaines du stockage d’énergie et des véhicules électriques, il existe une large marge pour l’expansion du marché des batteries au sodium.
Ainsi, la concurrence pour l’influence sur le marché dans le domaine des batteries au sodium deviendra un nouveau champ de bataille pour la technologie énergétique mondiale au cours de la prochaine décennie et continuera d’être un point chaud d’investissement sur les marchés primaires et secondaires. Selon les prévisions d'EVTank, une capacité de production dédiée de 135 GWh pour les batteries au sodium se sera formée dans l'ensemble de la chaîne industrielle des batteries électriques d'ici 2023, tandis que le volume réel d'expédition de batteries au sodium devrait atteindre 347 GWh d'ici 2030. Sur la base de ce calcul, à partir de 2024 d’ici 2030, le taux de croissance annuel composé des expéditions de batteries au sodium est estimé à 58.1 %.
À l'heure actuelle, les technologies pertinentes dans la chaîne industrielle des batteries au sodium sont encore en train de mûrir. Dans la première étape de la production industrielle de masse de batteries au sodium, deux aspects doivent être prioritaires : premièrement, l’amélioration des performances des batteries, y compris l’amélioration de la densité énergétique et de la durée de vie. Parmi toutes les voies technologiques actuelles, le système en couches d'oxyde-carbone dur a la densité énergétique la plus élevée et devrait être commercialisé en premier. La faible densité énergétique des voies bleu de Prusse (blanc) et polyanionique devrait également s'améliorer progressivement avec les progrès continus des principaux fabricants, créant ainsi davantage d'options pour les matériaux cathodiques des batteries au sodium.
Deuxièmement, les considérations de coûts liées à la production à grande échelle doivent également être réduites. Par rapport aux batteries au lithium plus matures, le coût de production des batteries au sodium n’est pas encore avantageux pour les fabricants. Cependant, à mesure que les grands fabricants augmentent progressivement leur production et que les dernières étapes de production arrivent à maturité, le coût des batteries au sodium devrait tomber au niveau de celui des batteries au plomb, ce qui leur permettra d'acquérir un plus grand avantage concurrentiel.
Conclusion
En conclusion, les batteries au sodium, en tant que nouvelle génération de technologie de stockage d’énergie, ont une valeur commerciale et des perspectives de développement importantes. Avec leur faible coût, leur sécurité améliorée, leur longue durée de vie et leur respect de l'environnement, ils constituent actuellement le choix idéal pour les véhicules électriques à basse vitesse et le stockage d'énergie renouvelable. Avec une attention mondiale croissante accordée au développement durable et à l’énergie propre, le marché des batteries au sodium devrait continuer à croître. Enfin, à mesure que la technologie continue de s'améliorer, piles au sodium devraient trouver des applications plus larges dans des domaines tels que les batteries portables, présentant des perspectives de développement encore plus larges.
