Batteries électriques : le mélange lithium-sodium divise le prix par deux

Le lithium est en train de devenir le nouvel or, sa demande explosant dans les batteries lithium-ion des voitures électriques, ordinateurs et appareils portables, faisant flamber les prix et affectant l’approvisionnement de ce métal relativement rare.

Les scientifiques sont sur le point de mettre au point une façon d’utiliser le sodium pour remplacer une partie du lithium, réduisant ainsi les coûts et garantissant l’approvisionnement.

Vers des batteries sodium-lithium

Récemment, des scientifiques ont envisagé de se passer complètement de lithium et d’utiliser à la place du sodium ou d’autres éléments dans des batteries de haute qualité. Le sodium est moins cher et plus disponible (on le trouve dans l’eau de mer, sous forme de chlorure de sodium), mais il présente des inconvénients. Les batteries au lithium restent les meilleures pour fournir la charge nécessaire à l’alimentation des voitures et des appareils portables.

Le doctorant Tullio Geraci et le Professeur Alexandra Navrotsky de l’Université d’État de l’Arizona ont adopté une approche différente : mélanger lithium et sodium dans la même batterie. Cela promet de faciliter l’approvisionnement et d’ouvrir la voie à des batteries moins chères et à une chaîne d’approvisionnement plus sûre.

Caractérisation des matériaux lithium-sodium

Les chercheurs utilisent une technique spécialisée développée et optimisée dans le laboratoire de Navrotsky (calorimétrie de solutions d’oxydes fondus à haute température) pour mesurer la stabilité énergétique des matériaux, tandis que des expériences de chauffage déterminent leur décomposition possible en cours d’utilisation.

Présentant ses conclusions lors de la conférence de géochimie Goldschmidt, Tullio Geraci a déclaré : « Nous avons mélangé de petites quantités de sodium avec du lithium, et testé sa stabilité, puis observé ses performances. C’est un processus étape par étape, et au début, la stabilité n’était pas prometteuse – la première chose dont nous avons besoin est de voir si le mélange reste sous une forme utilisable. Mais à mesure que nous augmentions la teneur en sodium, la stabilité s’est améliorée. Jusqu’à présent, nous avons atteint un mélange à 10%, et il semble bien, il est encore thermodynamiquement stable. Nous pensons pouvoir le pousser jusqu’à environ 20% avant de constater une différence significative dans les performances« .

Tullio Geraci a poursuivi : « Au début, nous n’étions pas sûrs que ces dilutions Li/Na puissent même être réalisées. Étonnamment, nous avons constaté que les dilutions faibles ont tendance à se décomposer, les solutions perdent leur homogénéité et la structure cristalline qui est importante pour produire une batterie. Mais à mesure que nous augmentons la quantité de sodium, le matériau devient plus stable. Après être arrivés au mélange optimal, nous devons transmettre nos conclusions aux techniciens de batteries pour produire les premières batteries sodium-lithium. Nous pensons que ce sont les premiers pas dans le développement d’une nouvelle technologie de batteries« .

Commentant ces travaux, le Professeur Nancy Ross (Département des Géosciences, Virginia Tech, Blacksburg VA) a conclu : « La recherche de Geraci et Navrotsky met en évidence comment la géochimie peut être appliquée au développement de nouveaux matériaux d’importance technologique. Leurs travaux ouvrent une voie prometteuse pour explorer des sources alternatives, plus abordables et durables pour les batteries au lithium dont nous dépendons dans notre vie quotidienne.« 

En synthèse

Cette recherche ouvre la voie au développement de batteries sodium-lithium, combinant les avantages des deux éléments pour une meilleure performance et un coût réduit, tout en sécurisant l’approvisionnement en lithium.

Pour une meilleure compréhension

Pourquoi mélanger sodium et lithium ?

Le lithium est rare et coûteux. Le sodium est plus abondant et moins cher. Combiner les deux permet de réduire les coûts tout en conservant les performances du lithium.

Comment ont-ils procédé ?

Ils ont créé des matériaux lithium-sodium à différentes concentrations et mesuré leur stabilité. Ils ont trouvé qu’un mélange à 10-20% de sodium était optimal.

Quelles sont les prochaines étapes ?

Transmettre ces résultats aux industriels pour développer les premières batteries commerciales sodium-lithium.

La conférence Goldschmidt est la principale conférence mondiale sur la géochimie. Il s’agit d’un congrès conjoint de l’Association européenne de géochimie et de la Geochemical Society (États-Unis). Elle se tient à Lyon, en France, du 9 au 14 juillet. Près de 5 000 délégués sont attendus.7