Depuis quelque temps, les chercheurs et les investisseurs se penchent sur une alternative potentielle aux batteries au lithium-ion, dont le marché dépasse les 50 milliards de dollars par an. Une technologie émerge comme candidate sérieuse : les batteries au sodium-ion. Cependant, leur compétitivité dépend de nombreux facteurs techniques et économiques. Comment cette technologie peut-elle rivaliser avec le leader actuel du marché ?
Des légions d’ingénieurs en batteries et leurs supporters ont cherché pendant des années à construire des batteries moins coûteuses que la technologie dominante du lithium-ion. Ils espèrent capter une partie du marché annuel de 50 milliards de dollars de la lithium-ion, un marché en croissance.
Les batteries au sodium-ion, choyées par les chercheurs, les startups et les capital-risqueurs, ont attiré beaucoup d’attention après que les défis de la chaîne d’approvisionnement en minéraux, induits par la COVID-19, aient fait grimper les prix du lithium. Néanmoins, atteindre un concurrent à bas coût pourrait prendre plusieurs années pour les batteries au sodium-ion, et cela nécessitera des avancées technologiques ainsi que des conditions de marché favorables, selon une nouvelle étude publiée dans Nature Energy.
Comparaison des Coûts et des Performances
Les batteries au sodium-ion sont souvent considérées comme ayant des coûts inférieurs et des chaînes d’approvisionnement plus résilientes par rapport aux batteries au lithium-ion. Malgré leur potentiel, elles affrontent encore des défis importants. Leur capacité à stocker de l’énergie par unité de poids est généralement plus faible que celle des batteries au lithium-ion. Ainsi, même si les prix des matériaux pourraient être plus bas, le coût par unité d’énergie stockée reste supérieur pour les batteries au sodium-ion, ce qui pourrait limiter leur adoption commerciale à grande échelle – à moins que des percées dans la recherche ne soient réalisées.
Les axes les plus prometteurs pour l’avancement sont mis en lumière par l’étude, la première réalisée par un nouveau partenariat entre le Stanford Doerr School of Sustainability’s Precourt Institute for Energy et le SLAC-Stanford Battery Center. Le nouveau programme, STEER, évalue le potentiel technologique et économique des technologies énergétiques émergentes et conseille sur «quels projets développer, où innover et comment investir» pour la transition énergétique. L’étude a évalué plus de 6 000 scénarios pour tester la robustesse des feuilles de route concernant le potentiel compétitif des batteries au sodium-ion.
« Le prix des batteries au lithium-ion a augmenté pour la première fois en 2022, ce qui a déclenché des alarmes quant à la nécessité possible d’une alternative. Le sodium-ion est peut-être le défi le plus convaincant à court terme pour le lithium-ion, et de nombreuses entreprises de batteries ont annoncé des plans pour une expansion majeure de la fabrication de sodium-ion, promettant des chemins vers des prix plus bas que ceux du titulaire », a indiqué Adrian Yao, l’auteur principal de l’étude et le fondateur et chef d’équipe de STEER, qui a débuté en octobre 2023 avec le soutien de trois bureaux du ministère de l’Énergie des États-Unis.
Les Perspectives d’Investissement et de Recherche
« Nous avons reconnu que le moment, la manière et le lieu où les batteries au sodium-ion pourraient supplanter le lithium-ion en termes de prix étaient largement spéculatifs, surtout compte tenu de la baisse continue des prix du lithium-ion », a ajouté Yao, candidat au doctorat qui est retourné à l’académie après huit ans en tant que fondateur et directeur technique d’une startup de batteries au lithium-ion, maintenant produisant ses batteries à grande échelle commerciale.
Les co-directeurs de l’étude, Sally Benson et William Chueh, co-superviseurs de PhD de Yao, ont souligné l’importance de cette étude pour orienter la recherche et l’investissement vers les voies technologiques les plus méritantes et loin des celles peu susceptibles de réussir. Sally Benson a souligné que « cette étude sur le sodium-ion était l’entreprise parfaite pour lancer STEER comme une nouvelle façon de guider la recherche et l’investissement vers les feuilles de route technologiques les plus dignes de poursuite et, peut-être plus important, loin de celles peu susceptibles de réussir ».
Pour que les batteries au sodium-ion puissent rivaliser sur le prix, en particulier contre une variante à bas coût de la batterie au lithium-ion connue sous le nom de lithium-fer-phosphate, l’étude met en lumière plusieurs voies clés pour les développeurs de batteries au sodium-ion. L’augmentation des densités énergétiques sans utiliser de minéraux critiques est essentielle. Plus précisément, les développeurs doivent cibler les densités énergétiques du lithium-fer-phosphate tout en se détachant du nickel. Actuellement, la plupart des conceptions de batteries au sodium-ion dépendent du métal relativement coûteux.
« Notre objectif principal n’était pas de prédire des années spécifiques pour atteindre la parité des prix, mais de mettre en lumière les impacts de divers scénarios de marché sur la viabilité des technologies concurrentes », a expliqué William Chueh.
Légende illustration : Gen AI
Source : Stanford
