Les technologies de batteries basées sur l'utilisation d'ions monovalents (Na⁺) ou multivalents (Mg⁺⁺, Ca⁺⁺…), voire des deux

Écouter l'audio

Récemment, les batteries Li-ion sont apparues comme étant la meilleure technologie pour les applications dans le domaine des véhicules électriques et comme une sérieuse option pour les applications stationnaires. Cependant, le développement croissant de ces marchés soulève la question des réserves potentielles en lithium. Les craintes d’un accroissement important notamment du prix en raison des ressources limitées et localisées dans de rares pays producteurs ont amené l’étude d’alternatives, parmi lesquelles la plus intéressante et la plus mature est sans nul doute le recours au sodium. En effet, les ressources en sodium sont illimitées, distribuées partout dans le monde et accessibles à un coût très faible. De plus, si quelques critères notamment massiques peuvent apparaître pénalisants, ils sont contrebalancés par la possibilité de remplacer le cuivre imposé comme collecteur de courant à l’électrode négative dans le cas du lithium, par l’aluminium plus léger et bon marché et ne formant pas d’alliage avec le sodium. Les efforts dans ce domaine sont partagés entre deux systèmes qui diffèrent par le fait que l’un utilise des composés polyanioniques Na₃V₂(PO₄)₂F₃, et l’autre des composés lamellaires Na₂/₃Mn_0.5Fe_0.5O₂ comme électrode positive respectivement. Les avantages et inconvénients de chacun de ces systèmes, qui utilisent actuellement une électrode négative de carbone mais qui pourront à plus long terme utiliser des phases intermétalliques NaxSb, voire NaxPb ont été présentés. Le système Na₃V₂(PO₄)₂F₃/C Na-ion est à ce jour le plus attractif, avec des performances en cyclage et en puissance qui n’ont rien à envier à la technologie Li-ion. Seules les performances à hautes températures restent encore problématiques.

Participant d’un même élan vers des systèmes respectueux de l’environnement, les technologies Mg-ion et Ca-ion, qui reposent toutes deux sur des éléments très abondants, suscitent un fort intérêt. Cependant, pour chacune de ces deux technologies, les difficultés résident dans i) le choix de matériaux capables d’intercaler réversiblement Mg²⁺ ou Ca²⁺ et ii) l’absence d’électrolytes adéquats pour minimiser les interfaces. Cela n’empêche pourtant pas que des PME (comme Pellion Technologies) aient déjà vu le jour pour les systèmes au Mg – une technologie mise au point par D. Aurbarch en 2002.

En guise de conclusion, nous avons également mentionné les dernières avancées dans le domaine des batteries à ions monovalents/multivalents reposant sur l’utilisation d’électrolytes contenant le mélange de deux sels. Ce concept hybride sera expliqué pour le système LiFePO₄/Mg contenant un sel de Li⁺ et de Mg²⁺ et pour lequel l’électrode LiFePO₄ est seulement active vis-à-vis du Li⁺. Simplement, l’utilisation des électrolytes hybrides en combinaison avec une électrode spécifique à un seul des ions revient à combiner deux électrolytes séparés par une membrane, à l’image de la pile Daniell.