Batteries Sodium-Ion

Bonjour,

Voici un article assez intéressant sur les batteries sodium-ion et le projet de Tiamat Energy d’installer des gigafactories en France :
« Nous voulons créer en France un Tesla de la batterie sodium-ion », affirme Laurent Hubard, directeur de Tiamat Energy

Pour résumer :

  • Une technologie n’utilisant pas de Cobalt et basé uniquement sur des matériaux qui peuvent être extraits en Europe
  • Durée de vie en moyenne environ deux fois plus longues que le lithium-ion
  • Compatible avec des puissance de charge plus élevées
  • Limité pour l’instant à 120 Wh/kg donc parfait pour les véhicules hybrides ou petit véhicules.

:crossed_fingers: En espérant que tout fonctionne bien pour Tiamat, cela me semble une belle technologie !

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Intéressant en effet.
Ceci dit quitte à sembler pessimiste, je ne suis pas convaincu, au moins sur le court moyen terme. A long terme pouvoir faire des batteries sans lithium ni cobalt c’est très bien, mais à court terme ce qui me semble limiter le développement du véhicule, c’est 1/ le prix 2/ l’autonomie. Pas la puissance ni l’accès aux matières premières.
Au niveau de l’autonomie il y a apparemment un facteur 2 entre les 2 technos. Je ne vois pas d’objectif chiffré de progression à court terme, et c’est une techno pas neuve : je ne suis pas sûr du tout qu’on puisse tabler sur le fait d’atteindre les perfs lithium à court moyen terme.
Pour le prix ce n’est pas mentionné : j’imagine donc que c’est au mieux équivalent…

Bref à part des protos « politiques », je ne vois pas de cas d’usage à moyen terme. Avez-vous des avis différents?

Entre 2025 et 2030, les constructeurs devront arrêter les véhicules 100% thermiques pour réussir à tenir les normes d’émissions, il n’y aura plus que de l’hybride et de l’électrique.
Ce type de batteries conviendrait bien pour les hybrides rechargeables pour lesquels il n’y a pas besoin d’une si grande autonomie.
D’autre part, si le réseau de recharge se développe suffisamment, l’autonomie n’est plus un si gros problème si tu peux recharger très rapidement à une borne de recharge à proximité.
Comme beaucoup de technologies, c’est l’augmentation massive des volumes de production qui pourraient faire baisser les prix et rendre la technologie au moins équivalent au lithium ion en terme de prix.
Malgré ce problème évident de la densité énergétique, je trouve que cela s’insère bien dans le modèle de mobilité souhaitable : de petits véhicules électriques pour déplacements court intra ou semi urbain, le longue distance devant être replacée par le ferroviaire et la location ponctuelle de véhicules thermiques, hybrides ou de remorque de prolongation d’autonomie.
De plus, même si la problématique de disponibilité du cobalt n’est pas encore d’actualité, il est toujours bon de réduire l’impact carbone en évitant l’importation de matériaux de l’autre bout du monde et cela redonnerait une certaine résilience à l’Europe et un moindre dépendance géopolitique envers la Chine par exemple.
Enfin, beaucoup de gens critiques les véhicules électriques et y voient une fausse bonne idées puisque l’extraction des matériaux dans le pays lointains se fait également dans des conditions très irrespectueuses des milieux naturels, ce serait enfin l’occasion de faire du vrai marketing vert en vantant des véhicules véritablement respectueux de l’environnement sur tout le cycle de vie.

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Tout à fait l’intérêt, qui plus est de la technologie sodium ion c’est une capacité de charge complète en quelques minutes sans endommager la batterie comparé à la technologie lithium ion qui demande plusieurs heures de charge et que les technologies de charge rapide détériore la batterie.

Une voiture à batterie sodium d’une autonomie de 250-300km, Avec des routes limités à 110km/h et le conseil de faire une pause de 20min toutes les 2h c’est un mode de conduite tout à fait faisable. La pause permet de rechargé pleinement une batterie sodium-ion.

Encore faut-il le réseau de recharge en bord de route …

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Je suis d’accord avec vos arguments! J’émets juste des doutes sur la pérennité de l’entreprise et le fait que ça marche à court / moyen terme.
Vous me direz qu’on peut subventionner à fond ces batteries pour que ça marche, ok. Mais en pratique l’électrique représente encore une fraction des ventes nouvelles et ne parvient pas à vraiment prendre le dessus : dans la mesure où on pense que c’est l’avenir (et je le pense) il faut se demander pourquoi.
Si les principaux blocages à l’achat sont le prix et l’autonomie et que sur ces 2 points le sodium ion fait moins bien, il faut se poser des questions…
Avoir raison trop tôt c’est avoir tort : j’ai beaucoup de mal à croire que cette entreprise puisse fonctionner à court moyen terme. Et s’il faut subventionner à hauteur de 10k€ par voiture au lieu de 5k€, je trouve que c’est une erreur : il n’y a pas de fonds illimités, il vaut mieux 2 VE subventionnés 5k€ qu’un seul subventionné 10k€

Oui, je comprend la problématique entre ce qui est souhaitable et ce qui doit être mis en place en réalité en étant pragmatique.
Concernant les subventions publiques, à mon avis, la seule véritable solution pour des subventions cohérentes serait de déterminer les niveaux de subventions en fonction de l’empreinte carbone sur cycle de vie des véhicules électriques. Cela permettrait de favoriser de petit véhicules sobres contre les tanks électriques. Que cela favorise ou non tel technologie de batterie est alors une conséquence et non un but en soi.

Ca change très rapidement. Les électriques sont à 10% de part de marché actuellement en France (article Les Echos).

10% des ventes peut-être, grâce aux primes.
Si on veut que les VE représentent une vraie part du parc en circulation à moyen terme, il faudrait qu’ils aient une part énorme des nouvelles ventes.

Côté constructeurs, ils ont une pression financière énorme à cause des amendes prévues s’ils ne respectent pas leurs quotas de gCO2/km :

Donc, sauf remise en cause de ces amendes à cause du COVID, il est très probable que les efforts marketing et réduction de prix du 100% électrique soient assez importants en 2021 pour permettre une belle augmentation de la part des électriques dans les ventes.

Bien sûr, cela suppose également que la capacité de production des constructeurs puisse suivre la demande et que le déploiement du réseau de bornes de recharges passe également à la vitesse supérieure.

Un petit up sur le sujet, est-ce que quelqu’un aurait un avis technique sur cette technologie ?

  • où en est-on ?
  • avantages et inconvénients ?
  • cycle de vie ?
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Plusieurs start up (TIAMAT, Faradion, d’autres en Chine) travaillent sur des technologies sodium-ion. L’avantage certain de cette technologie vis-à-vis d’autres technologies « nouvelles » de batterie est qu’elle ressemble à un copié/collé du Li-ion en termes de procédés de fabrication, ce qui pourrait séduire une industrie qui est assez frileuse aujourd’hui à changer.
J’ai vu dans des conférences des démonstrateurs de véhicules faits par des chinois, type petites voitures. Comme ce sont des chinois ils en ont déjà certainement fait des milliers. TIAMAT a eu un contrat pour équiper des bus et Faradion va travailler avec le gouvernement indien aussi pour des applications automobiles.
Les grands groupes industriels du Li-ion ne sont pas intéressés à ma connaissance, ou ne communiquent pas dessus.

Les matériaux d’électrodes positives du Na-ion n’utilisent pas de cobalt effectivement, ce qui est un avantage certain vis-à-vis de certaines technologies de Li-ion. Certaines technologies car il existe des batteries Li-ion sans cobalt (basse densité d’énergie et bas coût, utilisé en Chine notamment pour les scooters et les dernières Tesla). Dans l’ensemble la techno Li-ion va supprimer le cobalt, enfin en tout cas tout le monde y travaille.
La technologie de TIAMAT utilise du vanadium, qui est également un matériau critique selon l’UE donc bon… Je ne connais pas assez le marché du vanadium pour en juger.

Le matériau d’électrodes négatives est du « hard carbon », contrairement au Li-ion qui utilise du graphite, moins cher. Je ne sais pas si le hard carbon est plus cher du fait qu’il n’est pas utilisé ou si c’est intrinsèque au matériau.

Point positif du Na-ion, pas besoin d’un collecteur de courant en cuivre, mais peut utiliser « seulement de l’aluminium ». Il y aura probablement de grosses tensions sur le prix du cuivre dans les prochaines années (= sur l’approvisionnement), du fait de l’électrification à marche forcée de toutes les applications.
Cela permet aussi de stocker la batterie à 0 volt, en mode sécurité pour la transporter dans le monde (le transport des batteries Li-ion est de plus en plus réglementé du fait d’accidents multiples).

Le reste (électrolyte, séparateur…) c’est du copié/collé du Li-ion à ma connaissance.

Au final le Na-ion est une technologie qui trouvera certainement sa niche, ou quelques applications spécifiques (power tools, bus, scooter…). Ça reste une technologie très proche du Li-ion mais « un tout petit peu » moins bien sur quasi tous les points. Et plus chers (aussi du fait des moindres volumes).
Je ne crois pas que ça cycle mieux qu’une Li-ion, et de toute façon on est plus trop limité par les performances en cyclabilité aujourd’hui. La puissance est historiquement un argument pour le Na-ion, mais les dernières Li-ion sont quand même assez balèzes - je demande à voir.

Il y a un peu un consensus qu’au moins pour la première « vague » d’électrification des voitures rien ne battra le Li-ion. Cela peut changer, il s’agit d’une industrie complexe mais avec une belle inertie.
J’espère que ça aide plus ou moins.

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Merci pour les infos.
Il n’y a pas d’avantage énergétique à la production Na Vs Li ?
Li = minage
Na = exploitation marine

Pour faire des matériaux de batterie on ne va pas utiliser le sel NaCl mais des précurseurs type sodium carbonate ou sodium hydroxyde (de la soude). Je pense que la production de ces derniers vient du minage de trona.
La conversion NaCl --> Na2CO3 (forme carbonate) ne doit pas être simple.

Les sources de sodium sont cependant beaucoup plus variées et disséminées sur la surface de la terre que pour le lithium. C’est beaucoup plus abondant que le lithium, et les précurseurs de sodium sont des commodités aujourd’hui dans la chimie, là où l’industrie se met en place pour le lithium. Chacun peut utiliser chez soi du bicarbonate de soude (= NaHCO3).

Comme les concentrations en sodium dans les minerais sont nettement plus élevées que celles en lithium, c’est probable que ce soit moins énergivore à miner. (idée générale, il y a peut être des exceptions)

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Y a des tonnes d’eaux saumâtres issues de la desalination partout dans le monde :sweat_smile:

Quelques news de Tiamat qui viens de lever 5 millions pour lancer l’industrialisation à plus grande échelle de sa technologie de batteries au sodium :

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Encore merci pour tes apports et le déterrage de sujet, c’est super cool :+1: (faut vraiment que je lise tout ça par contre :sweat:)

Petite news qui a surpris tout le monde. Pour rappel CATL est l’un des plus gros acteurs du Li-ion.
Ce sera soit pour du stockage stationnaire, soit pour des applications type puissance.

(l’article dit pas mal de conneries, les électrodes ne sont pas faites de sodium, remplacer lithium par sodium ne fait pas baisser le prix car on change les autres matériaux etc.)

Il y a quelques infos qui circulent comme quoi ce serait des matériaux de type prussian blue (comme la startup Natron aux US, qui vient d’avoir 20 millions de dollars de funding du gouvernement). Ce serait la double surprise.

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Si je comprends bien c’est pour les applications hors mobilité. Il y a une grosse demande? Si on n’a plus de lithium, quel est le composant « rare » utilisé dans ce type de batteries?

On ne sait pas quelle est l’application dans le cas de CATL mais il est peu probable que ce soit pour l’automobile selon moi. Ca pourrait être des bus (intérêt limité je pense).
Le plus probable est que ce soit pour d’autres applications comme la mobilité « industrielle » (type machines ou robots dans les usines que l’on va électrifier, les « factory 4.0 ») ou le stockage stationnaire (data center, bien entendu intégration de l’intermittent sur les réseaux et tous les systèmes type « near zero energy building » avec du PV sur les buildings).
Est-ce qu’il y a une grosse demande ? A l’heure actuelle non comparé à l’automobile selon moi, mais si tu crois les roadmaps d’installation du PV/éolien et d’électrification des usines, oui il y aura une demande gigantesque. Toutes ces applications peuvent être couvertes par le Li-ion classique.

Derrière le tag Na-ion il y a plusieurs technologies d’électrodes positives:

  • Basé sur les phosphates: Na-V-PO4F et dérivés, le vanadium c’est pas fou.
    Exemple: TIAMAT
  • Basé sur les oxides de métaux de transitions: Na-Ni/Mn/Fe-O. Il va y avoir des tensions d’approvisionnement sur le nickel pour le Li-ion
    En gros c’est un copié/collé du lithium en un peu mieux car pas de cobalt et moins de nickel. Exemple: Faradion, HiNa
  • Basé sur les prussian blue: Na-Fe/Me-CN. Rien de problématique ? En plus souvent ce sont des synthèses type précipitation dans de la flotte à 25°C → ça consomme rien
    Exemple Natron, Altris

Pour l’électrode négative c’est du hard carbon qui je pense en terme d’énergie de production doit être meilleur que le graphite du lithium ion (faut chauffer moins et sans pression), sauf pour Natron qui annonce une batterie toute prussian blue.
Ensuite les deux collecteurs de courant sont de l’aluminium (contre cuivre+alu pour le li-ion).

En gros si ce sont des phosphates ils ont du vanadium, si ce sont des oxides il faut regarder le ratio Ni/Mn, si c’est des prussian blue il n’y a rien pas de matériau critique ?
Attention, le diable est dans les détails: peut être qu’un précurseur, qu’un additif ou qu’une méthode de synthèse fout tout en l’air.

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Merci pour l’update et le point info clair et concis