Une révolution dans le stockage d'énergie venue de Chine : les batteries sodium-ion

par Élisabeth Martens, le 29 septembre 2024

Les batteries lithium-ion n’ont pas le monopole du stockage d’électricité. Parmi toutes les technologies disponibles, l’une est en plein essor : la batterie sodium-ion. Cette alternative gagne du terrain grâce à ses caractéristiques intéressantes, comme le recours à une ressource plus abondante, plus facile à extraire et utilisant des composants moins nocifs pour l'environnement. La Chine, qui développe massivement le stockage d’énergie, vient de mettre en service la plus grande batterie au monde utilisant cette technologie. Depuis le début de cette année, elle propose également les premières voitures électriques à batteries sodium-ion.

La plus grande centrale de stockage par batteries sodium-ion au monde

Le projet de système de stockage d’énergie par batteries sodium-ion de 50 MW / 100 MWh de Sineng Electric dans la province chinoise de Hubei est la première phase d’un plan plus vaste qui atteindra à terme 100 MW / 200 MWh. La capacité initiale a déjà été connectée au réseau et peut alimenter environ 12 000 ménages pendant une journée entière. Il s’agit de la première centrale de stockage d’énergie de 100 MWh basée sur des batteries sodium-ion et le plus grand système de stockage d’énergie par batteries sodium-ion au monde.

Le site de stockage par batteries Sodium-Ion à Qianjiang en Chine / Image : China Southern Power Grid Energy Storage

Le fabricant Sineng Electric a annoncé sa participation à la mise en place du projet qui comprend 42 conteneurs de batteries avec des batteries sodium-ion de 185 Ah, 21 systèmes de conversion d’énergie et une station de surpression de 110 kV. Le projet est développé et géré par Datang Hubei Energy et marque les efforts de la Chine pour se détourner du lithium au profit de sources plus abondantes. Datang Hubei Energy a déclaré avoir raccordé le système au réseau le 30 juin dernier et avoir commencé à exploiter le projet le 2 juillet.

Les médias chinois ont rapporté que le projet de Qianjiang, situé dans la province de Hubei, illustre le potentiel des batteries sodium-ion pour le développement futur des réseaux électriques.

Plus d'avantages que d'inconvénients pour les batteries sodium-ion

Comme tous les systèmes de stockage d’énergie, ces batteries sodium-ion peuvent compenser les hauts et les bas de la production d’énergie renouvelable pour stabiliser les réseaux. L’entreprise a déclaré que sa solution PCS MV string de 2,5 MW est conçue pour correspondre à la large plage de tension continue du système de stockage des batteries sodium-ion, prenant en charge la puissance de sortie nominale de 700 V à 1 500 V. La solution comporte une solution de gestion de l’énergie par grappe qui, selon l’entreprise, amplifie les capacités d’équilibrage des batteries sodium-ion à ce niveau. L’entreprise précise que ses unités string PCS peuvent supporter des températures extrêmes et une forte humidité, et qu’elles sont conçues avec un indice de protection IP66.

Cette technologie, encore peu répandue, suscite de plus en plus d’intérêt. Pour le moment, elles sont encore plus chères que leurs homologues au lithium, mais elles pourraient devenir de plus en plus abordables et ainsi devenir une alternative bon marché aux modèles au lithium. La Chine, qui ne possède que 6 % des réserves mondiales de lithium, voit un moyen de préparer l’avenir.

Ces batteries ne contiennent ni lithium, ni cobalt, ni cuivre, ni nickel. Elles comprennent en revanche des matériaux tels que l'aluminium, le fer, le manganèse et un électrolyte de sodium. Le sodium est un élément bien plus abondant, moins fastidieux à extraire et moins cher que le lithium. D'une manière générale, la production de ces batteries sodium-ion nécessite moins de produits chimiques nocifs pour la nature.

Les batteries sodium-ion sont à la fois plus puissantes et plus rapides à charger que les traditionnelles lithium-ion. De plus, elles s'avèrent ininflammables et supporteraient jusqu'à 50 000 cycles de recharge, soit cinq à dix fois plus que les batteries lithium-ion. La température de fonctionnement des batteries sodium-ion est plus faible, ce qui préserve leur durée de vie, et elles se montrent plus résistantes aux chocs et aux impacts. En France, cette technologie commence à se développer par l’intermédiaire de la start-up Tiamat, un spin-off du CNRS.

Seul bémol pour l'instant, ce type de modèles s'avèrent un peu plus lourds et volumineux qu'une batterie lithium-ion à autonomie égale. Avec une densité énergétique plus faible que la technologie lithium-ion, les batteries sodium-ion sont encore peu adaptées à certaines applications, comme le secteur des transports. En revanche, elles sont idéales pour un usage stationnaire, comme pour les centres de données dédiés à l'essor de l'intelligence artificielle. Aux États-Unis, la start-up Natron Energy s'est lancé dans une production à grande échelle de batteries sodium-ion. À Holland dans le Michigan, elle a inauguré sa première usine dédiée uniquement à un Data Center avec une capacité de production de batteries sodium-ion à 600 mégawatts par an.

La Yiwei EV : premier modèle de VE à être équipé d’une batterie sodium-ion

Toutefois, à terme, ce système de stockage électrique pourrait aussi toucher le secteur de la mobilité électrique. La Chine qui a souvent une longueur d'avance dans les technologies vertes a dévoilé en tout début d'année la Yiwei EV, la toute première voiture électrique au monde équipée d'une batterie sodium-ion signée HiNa. Les livraisons ont commencé en janvier 2024.

Le constructeur automobile JAC soutenu par l'État chinois est déjà présent depuis plus de 50 ans sur le marché chinois, d'abord avec des camions, puis des voitures. Il est l'un des plus actifs sur les marchés d'export et a signé une première coentreprise avec Volkswagen en 2017. JAC-Volkswagen a débuté sa production en 2018, avec une offre entièrement dédiée aux véhicules électriques.

Récemment, JAC s’est beaucoup investi dans la recherche et le développement de batteries sodium-ion. Cette technologie pourrait révolutionner l’industrie des voitures électriques. D’après Xia Shunli, président de Yiwei, « d’ici quelques années, les batteries sodium-ion vont devenir incontournables ». Selon lui, les batteries sodium-ion ont quelques avantages de taille. Il s’agit d’une techno à faible coût qui devrait permettre d’accélérer la démocratisation des véhicules électriques. Ces batteries seront utilisées pour le stockage stationnaire de l’énergie, les deux-roues électriques et les modèles d’entrée de gamme.

Les batteries sodium-ion n’ont pas besoin de lithium pour fonctionner, elles ont une durée de vie plus importante que la moyenne et elles sont plus performantes en hiver. Des avantages qui pourraient bien convaincre d’autres constructeurs à l’avenir. En revanche, leur densité énergétique est plus faible. Le géant des batteries CATL travaille sur le sujet mais n’a pas encore annoncé ses plans pour une production de masse. Plus près de nous, en France, la société Tiamat, spécialiste des batteries sodium-ion, peut compter sur Stellantis parmi ses investisseurs.

Preuve s'il en est que les batteries sodium-ion représentent une alternative crédible au lithium dans un avenir plus ou moins proche.