L’invention d’une batterie électrique sodium-soufre, 4 fois plus puissante que les batteries lithium-ion

Actuellement, le monde se dirige lentement, mais sûrement, vers une utilisation effective des sources d’énergie renouvelables. Toutefois, le problème des systèmes tels que les panneaux solaires ou les éoliennes reste le stockage de l’énergie. Les batteries les plus utilisées de nos jours sont les batteries lithium-ion, cependant elles présentent encore certaines limites. C’est la raison pour laquelle les scientifiques continuent de chercher des solutions plus efficaces en vue de stocker l’énergie. Les batteries sodium-soufre font partie de ce que l’on appelle des batteries à sels fondus.

Elles existent depuis une cinquantaine d’années sous différentes formes. L’avantage de ces batteries, c’est qu’elles sont relativement abordables et sont fabriquées avec des matériaux faciles à trouver. Une équipe de scientifiques de la Chine et de l’Australie a décidé de développer une version de cette batterie et selon les chercheurs, leur invention garantirait une performance améliorée, comparée aux versions existantes.

La méthode utilisée par les scientifiques

La technologie typique des batteries sodium-soufre est fondée sur la chimie entre ces deux éléments. Généralement, les électrodes sont maintenues à de hautes températures pour garder l’électrolyte dans un état de fusion liquide. Concernant la nouvelle batterie, les scientifiques ont trouvé un moyen d’avoir de bonnes performances à température ambiante. En développant la nouvelle batterie, le Dr Shenlong Zhao de l’Université de Sydney et ses collègues avaient comme but de trouver une solution aux faiblesses des batteries sodium-soufre actuelles. Ces faiblesses sont notamment leur courte durée de vie et leurs capacités limitées. Les chercheurs ont ainsi choisi d’utiliser des électrodes à base de carbone et un processus de dégradation thermique connu sous le nom de pyrolyse pour altérer les réactions entre le sodium et le soufre.

Les capacités de la nouvelle batterie

Avec ces techniques, les scientifiques ont pu obtenir une batterie ayant une haute capacité de 1 017 mAh/g à température ambiante. C’est une capacité à peu près quatre fois supérieure à celle d’une batterie lithium-ion. De plus, la batterie a montré une bonne stabilité et est capable de retenir environ la moitié de sa capacité après 1 000 cycles.

« De grandes quantités de batteries sont produites et consommées, ce qui soulève la possibilité de problèmes environnementaux », explique Liangbing Hu. Photo d’illustration non contractuelle. Crédit : Shutterstock

Ce qu’impliquent les résultats

Pour le Dr Zhao, leur batterie au sodium a le potentiel de réduire de façon dramatique les coûts, tout en fournissant une capacité de stockage quatre fois supérieure. Il a ajouté qu’il s’agit d’une révolution dans le cadre du développement des énergies renouvelables. Zhao explique que lorsque le soleil ne brille pas et que le vent ne souffle pas, il faut des solutions de stockage de haute qualité qui n’ont pas d’effet négatif sur la Terre et qui sont facilement accessibles au niveau local. Il espère ainsi qu’avec cette technologie qu’ils proposent, on pourra bientôt atteindre « un horizon d’énergie propre ». Les scientifiques ont pu tester leur technologie sous forme de piles boutons en laboratoire. Maintenant, ils travaillent sur des versions « pouch-cell » en vue d’une utilisation commerciale. Plus d’informations : onlinelibrary.wiley.com.

source : https://www.neozone.org/innovation/linvention-dune-batterie-electrique-sodium-soufre-4-fois-plus-puissante-que-les-batteries-lithium-ion/

La batterie à l'eau salée (article mis à jour en 2020)

Stocker de l'énergie dans une batterie exempte de métaux lourds, c'est possible! Disponibles sur le marché québécois, les piles au sodium conçues par la compagnie Aquion offrent une solution sûre, propre et écologique.

Écohabitation -Mike Reynolds et Lydia Paradis Bolduc

Ce qui représentait autrefois un marché de niche est maintenant une tendance bien installée: les énergies renouvelables prennent une part croissante sur le marché, la concurrence et l’innovation permettent de faire baisser le prix de technologies qui s’améliorent par ailleurs rapidement. Les panneaux solaires photovoltaïques, par exemple, ne sont aujourd’hui plus une utopie, mais bien une option qui devient attrayante autant sur le plan environnemental que financier.

Les batteries constituent donc le chaînon manquant à une autoproduction domestique vraiment verte. En effet, devoir stocker une énergie renouvelable et propre dans des batteries sulfure-plomb ou lithium, toxiques, inflammables et polluantes peut en rebuter plusieurs... avec raison!

Pourquoi éviter le lithium

La demande en lithium est forte: ce métal est utilisé principalement pour réaliser des verres et des céramiques (35 % de la production) et pour les piles et batteries au lithium (31 %). Cependant, en termes de stocks, l'industrie devrait pouvoir en disposer pendant encore plusieurs siècles. Pourquoi s’inquiéter alors? Pour des raisons environnementales.

La ressource est située pour la plupart dans des lacs salés en Amérique du Sud (au Chili, en Bolivie et en Argentine), mais aussi au Tibet et en Afghanistan. La production, le plus souvent opérée par évaporation de l'eau de ces lacs, recquiert de grandes quantités d'eau: des pénuries s'en suivent, en plus d’une pollution des sols et des réserves d’eau. Car les effluents miniers ne sont malheureusement pas traités de manière adaptée.

Pas difficile de comprendre les graves conséquences sociales de cette exploitation: l'agriculture et l'approvisionnement domestique sont problématiques. S'ajoutant à cette grande précarité, des enjeux d'inégalités se dressent: les pays producteurs ne disposent souvent de technologies, d’infrastructures et de main d’œuvre compétente pour transformer le lithium et produire des batteries. Le carbonate de lithium, sans grande valeur à l'état brut, est ainsi vendu sur le marché international à bas prix. C'est ainsi dans les pays industrialisés que sont produits les biens, et réalisés les bénéfices...

Enfin, si le recyclage des batteries au lithium est réalisable et organisé, il n'en reste que son efficacité n'est pas optimale.

La batterie Aquion à l’eau de mer

Nous entrons dans une nouvelle ère: depuis peu, il est possible d’accumuler cette énergie verte dans des batteries tout aussi vertes. Il s'agit des piles au sodium-ion!

L’idée d’utiliser du sodium pour stocker l’énergie remonte aux années 1990. Mais en raison de leur meilleure performance et de la légèreté de leurs ions, les accumulateurs au sodium ont été écartés au profit du lithium. Aujourd’hui, avec une demande grandissante pour le stockage d’électricité, l’utilisation du sodium a refait surface. Avec un grand bénéfice environnemental: la ressource est 1 000 fois plus abondante que le lithium et renouvelable! De plus, le sel est une ressource bien moins dispendieuse que le lithium

Tout comme dans les batteries au lithium, les ions des batteries au sodium circulent dans un fluide, d’une électrode à l’autre (cathode/électrode) selon les cycles de charge/décharge. Via des liaisons chimiques, le sel de sodium est ainsi utilisé pour stocker de l’énergie, tout comme le fait le lithium. Mais qu’est-ce qui la distingue?

La batterie Aquious Hybrid Ion (AHI) d’Aquion est sur le marché depuis peu de temps, ce qui ne nous permet pas de faire un bilan complet de ses avantages et de ses inconvénients. Mais voici tout de même un résumé de ce qui en ressort:

Ne possède aucun produit chimique toxique ou de métaux lourds: n'est donc pas explosive, inflammable ou corrosive, ce qui en fait la batterie la plus sûre sur le marché
Durable: sa durée de vie oscille entre 2 000 et 3 000 cycles (soit environ 10 ans)
Charge équilibrée: lorsque plusieurs batteries sont connectées en série ou en parallèle, elles se nivèlent pour une charge uniforme
Utilisation conviviale: la société (comme plusieurs autres) offre un système de surveillance où les données sont envoyées à l’entreprise et au propriétaire afin d’assurer personnellement la performance de la batterie
Possibilité d’ajouter des batteries au système si la demande en stockage augmente.
Peuvent être déchargées jusqu’à 90 % de leur capacité - alors que les piles au plomb et celles au lithium de doivent pas être déchargée sous 50 % de leur capacité (si on ne veut pas raccourcir leur durée de vie). Résultat? On peut utiliser deux fois moins de batteries pour satisfaire un même besoin en stockage!

Selon le Centre national de la recherche scientifique (CNRS), le marché mondial des batteries devrait doubler d’ici à 2020, pour une valeur de marché de plus de 80 milliards de dollars. La batterie AHI créée par Aquion est également la première à obtenir la certification Cradle to Cradle, une analyse cycle de vie qui mesure l’impact écologique globale d’un produit. Étant composée uniquement de carbone, de coton, d’eau salée et d’oxyde de manganèse (MnO), la AHI s’impose comme la batterie pour la maison la plus verte sur le marché. En effet, tous les éléments sont recyclables: aucun déchet dangereux à gérer en fin de vie!

BÉMOLS

La taille. Les batteries au sodium, du fait des ions plus volumineux (trois fois plus gros que les ions lithium), sont pour le moment plus grosses que les batteries standard.

La puissance. La quantité d’électricité qui peut être stockée dans ces batteries au sodium s’apparent à celle des batteries lithium à leur début, soit environ 90 Wh/kg. Mais les chercheurs s’attendent à ce que la batterie fasse des progrès rapide à ce niveau, tout comme l’a fait la batterie au lithium, qui a vite dépassé les 200 Wh/kg.

PRIX

À environ 1 900$ pour le modèle 48V, la batterie AHI se situe à peu près au milieu de l’échelle de prix des piles. Mais quand on prend en compte sa longévité, elle se démarque comme étant l’une des options les plus abordables.

COMMENT SE LA PROCURER

La batterie est disponible partout au Canada par l’intermédiaire de Sentinel Solar. Toutefois, les entrepôts étant peu nombreux, il est possible que vous deviez défrayer des frais lié au transport.

LE SODIUM POUR DU STOCKAGE PORTATIF

Les batteries au sodium peuvent aussi remplacer celles au lithium dans les appareils électroniques portatifs et les véhicules électriques. En France, des chercheurs du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) et du CNRS ont mis au point une batterie électrique sodium-ion au format standard 18650, soit un cylindre de 1,8 cm de diamètre par 6,5 cm de hauteur. Elles fonctionnent exactement sur le même principe que les piles au lithium, mais des ions sodium circulent au lieu des ions lithium. La technologie au sodium pourra ainsi être transposée sur les lignes de production initialement conçue pour les piles au lithium.

Le format 18650 est très répandu. Il équipe, entre autres, les ordinateurs portables et les voitures Tesla (association de plusieurs milliers de batteries).

Compte tenu de l’abondance du sodium et de la similitude des procédés de fabrication (plus simple encore pour la pile au sodium), les batteries devraient se vendre entre 10 et 15% de moins que celles au lithium et se développer rapidement, le savoir-faire acquis pour la batterie lithium pouvant être transposée très rapidement. Comme elle peut se charger et de se décharger très rapidement, elle pourrait permettre de recharger la voiture électrique plus rapidement par exemple.

source : https://www.ecohabitation.com/guides/1078/produit-du-mois-la-batterie-a-leau-salee/

d'autres liens ci-dessous :

https://lejournal.cnrs.fr/articles/batterie-sodium-ion-une-revolution-en-marche