L'étude, intitulée « Batteries sodium-ion 2027-2037 : Technologie, chaîne d'approvisionnement et économie de marché », examine les perspectives de cette alternative aux batteries lithium-ion, actuellement dominantes dans les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie. Selon l'analyse de Xiaoxi He, chercheuse principale chez IDTechEx, il ne s'agit plus seulement de démontrer la fonctionnalité des cellules sodium-ion, mais de déterminer sur quels marchés elles peuvent être compétitives.

Les batteries sodium-ion entrent dans la phase de validation commerciale

Le développement des batteries sodium-ion a atteint un stade où les fabricants de cellules, les fournisseurs de matériaux et les équipementiers doivent prendre des décisions concernant les capacités de production, les chaînes d'approvisionnement et les applications commerciales. L'un des principaux atouts de cette technologie réside dans l'abondance et la disponibilité géographique du sodium, ce qui pourrait contribuer à diversifier l'approvisionnement en matières premières pour les batteries. Les chaînes de valeur des batteries lithium-ion sont exposées aux fluctuations de prix, à la concentration géographique et à la concurrence pour des matériaux tels que le lithium, le nickel, le cobalt et le graphite. Cependant, IDTechEx souligne que la disponibilité du sodium à elle seule ne garantit pas un avantage économique.

Les batteries sodium-ion doivent démontrer qu'elles offrent une combinaison compétitive de coût, de sécurité, de performance et de facilité de fabrication pour des applications spécifiques. Leurs avantages potentiels incluent un fonctionnement à basse température, une capacité de charge rapide et une longue durée de vie pour certaines compositions chimiques. Leur principal inconvénient demeure une densité énergétique inférieure à celle des cellules lithium plus performantes, un point particulièrement important lorsque le poids, le volume ou l'autonomie sont des facteurs critiques.

Trois technologies de cathodes façonneront l'évolution du marché

Le rapport identifie trois grandes familles de matériaux de cathode qui conditionnent le développement commercial des batteries sodium-ion.

Les oxydes de métaux de transition en couches (OMTC) permettent d'atteindre des densités énergétiques relativement élevées. Ils peuvent donc présenter un intérêt pour les applications nécessitant des batteries compactes. Leur principal défi réside dans la stabilité du matériau et les exigences de fabrication.

Les composés polyanioniques (PA) comprennent des matériaux tels que le NFPP et d'autres compositions apparentées. Ils sont particulièrement intéressants pour les applications privilégiant la stabilité structurale et thermique, la durabilité et la sécurité, malgré d'éventuelles limitations en termes de conductivité et de densité énergétique.

Analogues du bleu et blanc de Prusse (PB/PBA). Leur structure facilite le transport des ions sodium et offre des possibilités de fabrication compétitives en termes de coûts. Cependant, leur élaboration exige un contrôle rigoureux de l'humidité, des défauts et de l'homogénéité du matériau.

Ces différences expliquent pourquoi il n'existe pas de chimie unique pour les ions sodium convenant à toutes les applications. Les fabricants doivent sélectionner les matériaux en fonction des exigences de chaque marché en matière de puissance, d'autonomie, de durée de vie, de sécurité et de coût.

Le carbone dur sera un facteur déterminant dans les coûts de fabrication

Le développement des anodes constitue un autre facteur important pour la commercialisation. Contrairement aux batteries au lithium, les cellules sodium-ion commerciales ne peuvent pas utiliser directement d'anodes en graphite conventionnelles. C'est pourquoi la plupart des conceptions font appel à des matériaux carbonés non graphitiques, notamment le carbone dur. Selon IDTechEx, la disponibilité de ces matériaux, le choix de leurs précurseurs, l'efficacité de la fabrication et leur prix influenceront directement la capacité de production et le coût final des batteries. Le cabinet de conseil souligne également que la composition de l'électrolyte, la conception des cellules et l'adaptation des équipements industriels seront des éléments déterminants pour le passage à l'échelle industrielle.

Les batteries sodium-ion ne sont pas nécessairement moins chères que les batteries lithium-polymère

Bien que le sodium soit plus abondant et moins cher que le lithium, cette différence n'implique pas automatiquement qu'une batterie sodium-ion soit moins onéreuse. Le prix d'une cellule dépend de nombreux facteurs, tels que les matériaux de la cathode, le carbone dur, l'électrolyte, le rendement de production et l'utilisation des installations industrielles. De plus, une densité énergétique plus faible peut nécessiter davantage de cellules et de composants pour fournir une quantité donnée d'énergie utilisable. Par conséquent, IDTechEx souligne que les batteries sodium-ion ne sont pas nécessairement moins chères que les batteries lithium-fer-phosphate (LFP) dans les conditions de marché actuelles. Les batteries LFP bénéficient d'une production industrielle à grande échelle, un avantage particulièrement important lorsque les prix du lithium sont bas. La compétitivité des batteries sodium-ion doit donc être évaluée en considérant le coût du système complet, et non uniquement le prix des matières premières.

Le stockage stationnaire, parmi les principales opportunités

IDTechEx identifie le stockage stationnaire d'énergie à grande échelle comme l'un des marchés présentant le plus fort potentiel pour les batteries sodium-ion. Dans ces installations, le poids et le volume sont souvent moins importants que le coût, la sécurité, la durée de vie et la fiabilité opérationnelle. Des opportunités existent également dans les systèmes de stockage distribués, l'alimentation de secours et certaines applications de stockage longue durée. Dans le domaine de la mobilité, les perspectives sont plus spécifiques. Le rapport examine des applications telles que les véhicules électriques à deux et trois roues, la micromobilité, les équipements industriels et les batteries automobiles basse tension. L'adoption dépendra de la capacité de chaque composition chimique à répondre aux exigences techniques et économiques de son application.

Un marché de 18 milliards de dollars en 2037

Le rapport « Batteries sodium-ion 2027-2037 : Technologie, chaîne d'approvisionnement et économie de marché » prévoit que le marché mondial des batteries sodium-ion atteindra 18 milliards de dollars d'ici 2037. L'étude analyse à la fois le volume des batteries vendues et leur valeur marchande, avec des prévisions ventilées par technologie, application et région. Géographiquement, elle distingue la Chine, le reste de l'Asie, l'Europe et les Amériques. Les applications comprennent le stockage d'énergie stationnaire à grande échelle et distribué, la mobilité routière électrique, les équipements industriels et hors route, ainsi que les batteries basse tension et les systèmes start-stop pour l'industrie automobile.

Source : Article d'IDTechEx basé sur les recherches de Xiaoxi He et le rapport « Batteries sodium-ion 2027-2037 : Technologie, chaîne d'approvisionnement et économie de marché »