Le sodium peut-il remplacer le lithium dans les batteries du futur ?

Chris est un ingénieur, un penseur et un philosophe qui aime explorer des idées et des technologies futuristes.

Notre société moderne est devenue fortement dépendante des batteries lithium-ion pour presque tous les types de technologies mobiles ou portables. Les batteries lithium-ion peuvent être vues dans tout, des montres et smartphones aux voitures électriques et même aux détecteurs de fumée. Cependant, cette technologie présente un certain nombre de problèmes et, malheureusement, les cellules lithium-ion ne sont pas aussi efficaces que nous le souhaiterions.

Les scientifiques et les chercheurs travaillent d’arrache-pied pour trouver un remplaçant à cette ancienne technologie, mais il est difficile de trouver quelque chose qui soit sûr, peu coûteux et commercialement viable à grande échelle. Alors, quel est le problème avec les batteries lithium-ion et les batteries sodium-ion finiront-elles par les remplacer ?

Le premier problème avec le lithium : la volatilité

Le lithium est un élément très réactif et hautement inflammable. Cela peut rendre dangereux le travail avec le lithium. Dans sa forme naturelle, les dépôts de lithium peuvent être assez bénins. Cependant, une fois que le lithium a été affiné sous une forme pouvant être transformée en une batterie utile, il se trouve dans un état hautement réactif. Des travailleurs qui transforment le lithium en un matériau utilisable aux personnes qui produisent réellement les batteries, il y a toujours un risque impliqué dans le processus. En particulier, la batterie lithium-ion typique semble avoir une cote de fiabilité nettement inférieure car il y a eu des centaines, voire des milliers d’exemples de ces batteries qui explosent ou prennent feu.

En 2016, Samsung avait un problème bien connu avec les batteries lithium-ion de ses téléphones phares qui venaient de sortir à l’époque. Les médias, ainsi qu’Internet, ont été inondés d’histoires d’explosions de téléphones et de tablettes (Swider, 2017). L’un d’eux a même pris feu dans un avion ! À peu près au même moment où cela se passait, un problème de batterie similaire se produisait avec les hoverboards. Ces appareils à la mode ont commencé à exploser de manière inattendue et à prendre feu en raison d’un problème avec la technologie des batteries lithium-ion (Molina, 2017).

Depuis lors, les fabricants d’électronique ont tenté d’intégrer des dispositifs de sécurité intégrée dans leurs appareils tout en s’efforçant d’améliorer la fiabilité de la batterie. Cependant, les batteries lithium-ion restent potentiellement dangereuses, ce qui peut rendre leur expédition ou leur transport difficile.

Le deuxième problème avec le lithium : la rareté

Peu de réserves de lithium sont connues dans le monde. La majeure partie du lithium est concentrée dans seulement quatre pays, le Chili étant le premier producteur mondial de ce matériau convoité. Le Chili possède plus de la moitié des réserves mondiales connues de lithium (Home, 2018).

En raison de la rareté de ce matériau, de nombreuses conséquences potentielles existent pour l’économie mondiale, l’environnement et les pays qui achètent et vendent du lithium. Par exemple, la majeure partie de la production de lithium se produit en pompant de la saumure salée de réservoirs souterrains dans d’immenses lacs où l’eau peut s’évaporer. Cela laisse des dépôts de lithium hautement concentrés (Bell, 2018) qui peuvent être transformés ultérieurement dans un état pouvant être utilisé pour la production de batteries.

Afin d’améliorer les taux d’évaporation (et donc la production de lithium), les bassins d’évaporation construits doivent être très grands afin que la solution de saumure puisse s’étaler pour créer la plus grande surface possible. Le lithium peut également être récupéré à partir de divers gisements de minéraux et d’argile qui sont extraits à l’aide de techniques minières plus traditionnelles (Pennell, 2018). Dans les deux cas, l’impact potentiel sur l’environnement peut être important.

Une autre chose à considérer est que la rareté des ressources naturelles est l’une des principales causes de guerre et de conflit. Si un pays a une abondance de matériel dont tout le monde a besoin, cela peut créer des tensions entre les nations. À mesure que notre dépendance au lithium augmente, le potentiel de conflits mondiaux augmentera également (Mellow, 2018). De plus, lorsque vous avez des économies entières qui dépendent d’un seul produit pour se maintenir, il y a un risque important que la stabilité à long terme du pays soit en danger.

Le lithium deviendra-t-il le pétrole du futur ? Si rien ne change, c’est possible. Rien qu’en 2015, le prix mondial du lithium a triplé en raison de l’appétit croissant pour cet important matériau. On s’attend à ce que cela augmente encore plus à mesure que la demande augmente.

Le potentiel des batteries sodium-ion

Alors que le lithium est rare, le sodium est très courant. En fait, le sodium est le quatrième matériau le plus abondant sur terre et il est très facile à obtenir. Cela rendrait l’extraction et l’approvisionnement en matières premières d’une batterie sodium-ion très peu coûteuses.

Le défi, cependant, est de trouver un moyen de fabriquer une batterie sodium-ion à la fois fiable et facile à fabriquer. Le sodium est un matériau très réactif (plus que le lithium), et même une infime exposition à l’air peut le dégrader, ce qui rend difficile la fabrication d’une batterie sodium-ion (Université de Wollongong, 2018). Des machines spécialisées et des contrôles de qualité très stricts sont nécessaires pour fabriquer une bonne batterie sodium-ion de longue durée. De plus, les chercheurs cherchent toujours à améliorer le processus de fabrication de ces batteries. L’un de leurs objectifs est d’optimiser la composition chimique de la batterie, ce qui se traduirait par une meilleure puissance électrique.

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Dans un prototype sodium-ion développé à l’Université de Stanford, la cathode est constituée d’une combinaison de sodium, d’oxygène et de carbone, tandis que l’anode est composée de phosphore (Turner, 2018). Ces matériaux peuvent être obtenus assez facilement à partir d’une variété de matériaux organiques. Cela rend les matériaux de récolte relativement faciles et peu coûteux.

De plus, certains prototypes de batteries sodium-ion utilisent quelque chose appelé « carbone dur » au lieu du phosphore pour une anode. Le carbone dur peut être créé à peu de frais en traitant de la biomasse à haute teneur en carbone. Dans les deux cas, l’efficacité et les performances de ce type de batterie dépendent de l’anode. C’est là que les chercheurs passent le plus clair de leur temps à essayer d’apporter des améliorations à cette technologie.

Si une batterie fiable peut être fabriquée à partir de ce matériau, cela pourrait révolutionner l’industrie des batteries, en particulier pour les centrales électriques, les véhicules électriques et les installations de batteries à grande échelle. Cependant, vous ne verrez probablement pas de remplacement pour les batteries de votre téléphone de sitôt. La densité d’énergie plus faible du sodium signifie qu’une batterie relativement plus grande est nécessaire pour fournir la même quantité d’énergie qu’une batterie lithium-ion similaire.

En fin de compte, beaucoup de travail est nécessaire pour faire du sodium un substitut viable du lithium à l’échelle mondiale et commerciale. Si la technologie actuelle devait être commercialisée, on s’attend à ce que les consommateurs ne voient qu’une diminution de 5 à 10 % du coût des batteries pour leur technologie mobile. Cela est dû à la fois aux processus de fabrication plus compliqués et aux plus grandes tailles de batteries qui seraient nécessaires pour fournir la production d’énergie équivalente (Hellemans, 2017). Dans tous les cas, la recherche sur les batteries au sodium se poursuit, et il est possible que nous ne soyons qu’à une percée de trouver un remplacement viable pour les batteries lithium-ion.

Références et ressources

• Bell, Térence. « Un aperçu de la production commerciale de lithium. » L’équilibre. 11 mai 2018.
• Hellmans, Alexandre. « Combien de temps avant que les piles au sodium ne valent leur sel ? » Spectre IEEE. 15 décembre 2017.
• À la maison, Andy. « Commentaire : pourquoi Tesla se tourne vers le Chili pour son lithium. » Reuters. 7 février 2018.
• Mellow, Craig. « Le Chili cherche à accélérer sa production de lithium. » Barrons. 10 mars 2018. < https://www.barrons.com/articles/chile-seeks-to-rev-up-its-lithium-production-1520647972>
• Molina, Brett. « Hoverboards rappelés pour risques d’incendie et d’explosion – encore une fois. » États-Unis aujourd’hui. 15 novembre 2017.
• Penny, Kyle. « Comment fonctionne l’extraction de lithium ? » Blog GrabCAD. 20 février 2018.
• Swider, Matt. « Voici pourquoi les batteries du Samsung Galaxy Note 7 ont pris feu et ont explosé. » Tech Radar. 23 janvier 2017,
• Turner, Julien. « Les batteries sodium-ion valent-elles leur sel? » Power Tech. 21 mai 2018.
• Université de Wollongong. « La batterie sodium-ion a du punch. Phys.org. 5 avril 2018.

Cet article est exact et fidèle au meilleur de la connaissance de l’auteur. Le contenu est uniquement à des fins d’information ou de divertissement et ne remplace pas un conseil personnel ou un conseil professionnel en matière commerciale, financière, juridique ou technique.

© 2018 Christophe Wanamaker

Christopher Wanamaker (auteur) d’Arizona le 29 août 2018 :

FlourishAnyway – Wow, désolé d’entendre parler de votre sœur. C’est assez effrayant ! Elle a une expérience de première main sur les raisons pour lesquelles nous devons trouver une meilleure technologie de batterie. Les piles au lithium sont certainement quelque chose qui me préoccupe également dans ma maison. Les batteries sodium-ion se sont jusqu’à présent avérées plus fiables et plus sûres – je ne suis pas sûr d’avoir suffisamment bien articulé cette idée dans l’article ou pas. Merci encore d’être passé et d’avoir laissé un commentaire !

S’épanouir de toute façon des États-Unis le 29 août 2018 :

Si c’est plus sûr et moins inflammable, c’est certainement une bonne chose. Ma sœur a eu un incendie à la maison causé par une pile au lithium.

Don Bobbitt de Ruskin Floride le 29 août 2018 :

Excellent article! C’est une autre des percées technologiques dont nous avons besoin pour que notre société franchisse cette prochaine étape dans la production d’énergie économique.

Je suis moi-même ingénieur et, lorsque je voyage sur l’autoroute 75 ici en Floride, je maudis presque tous les jours mes collègues conducteurs pour leur incompétence en ce qui concerne le contrôle de leur véhicule.

Je pense honnêtement que si nous ne donnons pas plus de « contrôle de sécurité » à nos véhicules (et aux routes intelligentes), le nombre de corps des épaves va continuer à s’aggraver.

Et, si nous pouvons faire fonctionner ces véhicules sur des sources d’énergie de « nouvelle génération », je pense que nous donnerons aux véhicules l’intelligence nécessaire pour que nous connaissions moins d’épaves et de morts sur nos routes.

Encore une fois, j’ai apprécié la lecture de votre article,

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