Northvolt va commercialiser des batteries sodium-ion sur le marché européen

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Northvolt a lancé une batterie commerciale sodium-ion pour le stockage d’énergie statique en Europe. Le développement arrive beaucoup plus tôt que ce que la plupart des observateurs de l’industrie s’attendaient à voir cette technologie.

Le fabricant suédois de batteries a souligné que les cellules seront exemptes de lithium, de nickel, de cobalt et de graphite. Northvolt a déclaré que sa batterie serait également plus sûre et plus rentable que les batteries lithium-ion. Développée avec le partenaire de recherche Altris, la batterie utilisera une anode en carbone dur et une cathode à base de blanc de Prusse – un dérivé du célèbre pigment de peinture bleu de Prusse. La société a déclaré qu’elle serait la première à commercialiser une batterie utilisant ces matériaux.

La cellule a atteint une densité énergétique de plus de 160 wattheures par kilogramme sur le campus R&D de l’entreprise à Västerås, en Suède. «La densité énergétique est pratique», déclare Billy Wu, chimiste spécialisé dans les batteries à l’Imperial College de Londres, au Royaume-Uni, mais elle est loin de ce que les variantes à haute teneur en nickel des batteries lithium-ion peuvent atteindre – environ 250 à 270 Wh/kg. Les densités autour de 160 Wh/kg sont comparables à celles des batteries lithium-fer-phosphate (LFP) moins chères.

La production de batteries Na-ion est principalement concentrée en Asie, avec le fabricant chinois de batteries CATL à l’avant-garde. Mais les producteurs européens ne sont pas loin derrière. «Je ne suis pas surpris que Northvolt ait été le fer de lance de ce développement en Europe», déclare Daniel Brandell, chimiste des matériaux à l’université d’Uppsala en Suède. « Mais que ça aille aussi vite m’a surpris. »

La cellule au sodium de première génération de Northvolt est principalement conçue pour le stockage d’énergie statique, mais la société s’attend à ce que les générations futures soient adaptées aux véhicules. Cela complétera les produits de batteries lithium-ion automobiles de Northvolt, fabriqués dans sa gigausine de Skellefteå, en Suède. «Le processus de fabrication des batteries sodium-ion s’effectue dans une chaîne de production lithium-ion, contrairement aux batteries à semi-conducteurs, où les processus sont très différents», explique Wu.

Blanc de Prusse

Un avantage majeur des cathodes blanches prussiennes est qu’elles sont basées sur des combinaisons de sodium, de fer et de cyanure et qu’elles peuvent être fabriquées à partir de matériaux relativement bon marché et plus durables que les batteries lithium-ion NMC (nickel, manganèse, cobalt). D’autres matériaux cathodiques pour les batteries sodium-ion, tels que les oxydes métalliques en couches, ne présentent pas les mêmes avantages en termes de durabilité et de coût, explique Brandell, alors que les composés polyanioniques ont de moins bonnes performances électrochimiques, explique-t-il.

« Les analogues du bleu de Prusse sont vraiment excellents pour héberger les ions sodium, permettant aux ions d’entrer et de sortir [during charge and discharge] », dit Brandell. «Vous pouvez extraire le sodium de manière réversible sans que la structure ne s’effondre, ce qui le rend robuste.» En revanche, le mouvement répété des ions entrant et sortant des cathodes d’oxyde métallique en couches peut entraîner une expansion du volume, un déplacement des couches et une détérioration progressive.

Un autre avantage potentiel est que les batteries sodium-ion peuvent être stockées non chargées, alors que les batteries lithium-ion sont généralement stockées et transportées chargées à 50 à 70 %, car une décharge complète peut dégrader les batteries. Si cela est valable pour les piles au sodium commerciales, cela apporte un avantage significatif en matière de sécurité.

Alors que les constructeurs automobiles européens préfèrent toujours les batteries lithium-ion pour leur haute densité énergétique, et donc leur autonomie, les entreprises asiatiques étudient les batteries sodium-ion pour les voitures citadines. «Certains travaux montrent que les batteries sodium-ion peuvent se charger extrêmement rapidement», explique Wu. « Vous pourriez avoir une batterie plus petite, un peu plus lourde, mais vous pourrez alors la charger rapidement et l’utiliser dans les villes. »

Plus tôt cette année, CATL a annoncé que ses premières batteries Na-ion produites en série feraient leurs débuts dans les véhicules électriques de Chery Auto. Il a depuis été rapporté que la société de batteries BYD allait construire une usine de batteries au sodium de 30 GWh/an à Xuzhou, en Chine, pour les voitures. Pendant ce temps, Hina Battery a présenté en Chine un prototype de voiture équipé de batteries Na-ion d’une densité énergétique de 140 Wh/kg et d’une autonomie de 252 km.

Un développement aussi rapide des batteries sodium-ion « n’était pas prévu », déclare Brandell. « Les feuilles de route technologiques en Amérique du Nord et en Europe prévoyaient ce développement plus près de 2030, plutôt qu’avant 2025. » Les progrès des matériaux ont rendu cela possible. «Les charbons durs sont bien meilleurs aujourd’hui qu’ils ne l’étaient il y a quelques années en termes de capacité et de cyclabilité», explique Brandell. Les carbones durs peuvent être fabriqués à partir de diverses matières premières, même des biodéchets et des résidus forestiers. Parallèlement, la Chine a récemment introduit des restrictions sur les exportations de graphite, matériau de choix pour les anodes des batteries lithium-ion..

L’accélération des batteries sodium-ion s’inscrit également dans le cadre d’une volonté de fabriquer des véhicules électriques avec moins de matières premières critiques telles que le lithium, le nickel, le cobalt, le cuivre, les éléments des terres rares et le graphite. Les constructeurs automobiles, par exemple, tentent de réduire ou d’éliminer les éléments de terres rares dans les aimants des moteurs.. «En termes de durabilité, ce type de batterie présente de nombreux avantages, car elle peut être fabriquée avec du fer et du sodium, donc sans composants critiques», explique Brandell.

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