Des batteries sodium-ion sûres pour les énergies renouvelables et les applications industrielles
Les batteries lithium-ion (LIB pour «lithium-ion battery») ont révolutionné l’électronique grand public portable et sont utilisées dans la plupart des véhicules électriques actuels. Elles alimentent également les équipements de manutention tels que les petits chariots élévateurs ou les robots dans les environnements industriels, et assurent le stockage de l’énergie dans les applications liées aux énergies renouvelables.
Les LIB sont confrontées à d’importants défis, notamment l’instabilité de la chaîne d’approvisionnement, exacerbée par la montée en flèche de la demande, la sécurité liée à une réaction chimique incontrôlée appelée emballement thermique qui provoque des incendies, et des processus de recyclage incohérents. Pour résoudre ces problèmes, le projet NAIMA, financé par l’UE, a permis à la technologie prometteuse des batteries sodium (Na)-ion, une alternative aux LIB, de sortir des laboratoires et d’intégrer l’industrie grâce à deux cas d’utilisation opportuns et couronnés de succès: l’industrie 4.0 et les énergies renouvelables.
Mise à l’échelle et prototypage de matériaux actifs.
NAIMA a développé et amélioré des matériaux pour l’anode, la cathode et l’électrolyte, y compris des précurseurs de biomasse sèche pour les anodes et des matériaux actifs à base d’oxydes polyanioniques et lamellaires pour les cathodes. Ceux-ci sont passés d’une production en laboratoire à plusieurs kilogrammes (échelle industrielle). Selon le coordinateur du projet John Abou-Rjeily de TIAMAT: «La disponibilité dans l’UE des matières premières nécessaires à la production de l’anode, de la cathode et de l’électrolyte garantit la faisabilité de leurs processus de fabrication, soutenant ainsi l’indépendance européenne. En outre, les batteries Na-ion peuvent être stockées à 0 V, ce qui les protège des dangers inhérents aux LIB.»
«Nous avons produit, à l’échelle industrielle, plusieurs kilogrammes de nos matières premières, ce qui nous a permis de réaliser avec succès le prototypage de deux configurations différentes de cellules de batteries Na-ion: haute densité de puissance (liée à la rapidité avec laquelle un dispositif peut charger et décharger son énergie) et haute densité d’énergie (une mesure de la quantité d’énergie que le dispositif peut stocker)», note John Abou-Rjeily. La première a atteint 100 wattheures/kg (Wh/kg) et la seconde 140 Wh/kg, dépassant de loin les autres solutions et se rapprochant rapidement des cellules LIB actuelles.
Cas d’utilisation de l’industrie 4.0 et de la production d’énergie renouvelable.
Plusieurs blocs de batteries Na-ion de 48 V ont été fabriqués avec plus de 500 cellules Na-ion de NAIMA et un système de gestion de batterie de pointe. Ils ont été validés dans deux scénarios dans différents pays européens. Une application pour l’industrie 4.0 ciblait la gestion efficace des pics de demande d’électricité et la réduction des coûts énergétiques. Une application relative aux énergies renouvelables a permis d’aplanir les fluctuations de la fourniture d’énergie photovoltaïque ou éolienne.
Les résultats ont démontré que la technologie des batteries Na-ion constitue une sérieuse alternative à la technologie LIB pour les énergies renouvelables et les applications industrielles. Les batteries Na-ion sont également moins complexes, ce qui simplifie leur exploitation et leur entretien, et elles sont compatibles avec les applications des véhicules électriques, où elles peuvent coexister avec des LIB dans des configurations hybrides.
Batteries sodium-ion: accélérer la transition énergétique en Europe.
Outre l’indépendance européenne qu’elle confère et ses excellentes performances, la technologie des batteries Na-ion répond à toutes les exigences en matière de durabilité, d’écoconception et d’économie circulaire. Leur durabilité supérieure à celle des LIB est assurée par un approvisionnement européen en matières premières, dont des bioprécurseurs de biomasse sèche, du carbone dur et des sels.
«Notre chaîne d’approvisionnement européenne durable et nos matériaux respectueux de l’environnement ont été renforcés par une approche d’écoconception, un développement de produits combinant la durabilité et les stratégies techniques (LCA et LCC), et l’exploration d’applications réelles de seconde vie, y compris les processus de réutilisation et de réassemblage. Notre processus de recyclage sur mesure a permis de démontrer une recyclabilité de 51 %», ajoute John Abou-Rjeily.
La collaboration de NAIMA avec plus de 100 personnes issues de 15 établissements différents dans neuf pays européens a favorisé la transition vers un système énergétique sûr, durable et compétitif basé sur la technologie Na-ion.
Source: résultats de la recherche de l'UE.