Au revoir lithium ? Cette batterie au sel résiste au froid et pourrait tout changer

Le marché du stockage énergétique est aujourd’hui largement dominé par les batteries lithium-ion. Leur succès s’explique par leur forte densité énergétique, leur coût en baisse et une industrialisation massive déjà en place. Mais ces technologies utilisent des matériaux critiques tels que le lithium, le nickel, et le cobalt, dont l’extraction est coûteuse et est parfois problématique sur les plans environnemental et géopolitique.

C’est pourquoi de nombreux chercheurs se tournent désormais vers les batteries au sodium (sel), une ressource abondante, disponible partout dans le monde et nettement moins chère à produire.

Des batteries solides pour des systèmes moins chers, plus sûrs et plus durables

Aux États-Unis, des chercheurs de l’Université de Chicago ont mis au point non pas une simple batterie au sodium, mais une batterie entièrement solide. Les accumulateurs solides suscitent un intérêt croissant en raison de leur meilleure sécurité.

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Contrairement aux batteries classiques, qui utilisent un électrolyte liquide inflammable et susceptible de fuir, un système solide réduit fortement les risques d’emballement thermique, de réaction violente ou de dégradation en cas de choc ou de surcharge. Les chercheurs ont ainsi conçu un matériau nouveau adapté à tout cela. Leur étude a été publiée dans la revue Joule.

Il faut dire que les scientifiques fondent beaucoup d’espoirs sur ces accumulateurs solides au sodium. Dans une autre étude, un chercheur résume d’ailleurs bien l’enjeu : « le sodium est beaucoup plus abondant et moins cher, et si nous parvenons à l’utiliser sous forme solide dans l’électrolyte, la batterie pourrait être moins chère, plus sûre et plus durable », affirme-t-il.

Une bonne conductivité ionique

Dans une batterie classique, l’électrolyte est le milieu liquide ou gélifié que traversent les ions entre l’anode et la cathode. Dans une batterie solide, ce milieu est entièrement solide. Le problème, c’est que les électrolytes solides au sodium laissent très mal circuler les ions.

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Cette capacité est appelée conductivité ionique, et est essentielle au bon fonctionnement de la batterie. Une faible conductivité entraîne une charge plus lente, une perte de puissance et une montée en température. À l’inverse, une conductivité élevée améliore la puissance et les performances globales.

Les chercheurs ont donc cherché à concevoir un électrolyte solide au sodium doté d’une conductivité ionique élevée. Le matériau qu’ils ont mis au point, baptisé « hydridoborate de sodium métastable », offre justement cette capacité. Sa structure permet aux ions sodium de se déplacer très facilement à travers le solide.

Selon l’équipe, sa conductivité serait jusqu’à dix fois supérieure à celle des meilleurs hydridoborates de sodium connus auparavant. Résultat : la batterie maintient de bonnes performances énergétiques.

Une batterie efficace à températures négatives

Selon les chercheurs, le matériau qu’ils ont conçu permettrait de maintenir les performances de la batterie, même en dessous de 0 °C. Cette propriété élargit le champ d’application de la technologie, sachant que les batteries classiques peuvent perdre jusqu’à 50 % de leur capacité par temps glacial.

Le système développé par les chercheurs américains pourrait donc se révéler particulièrement utile dans les centrales situées en régions froides. Il pourrait également être un atout dans des secteurs importants comme l’aérospatial, où les équipements sont exposés à des variations thermiques extrêmes.