La différence la plus significative réside dans la cathode. Cependant, selon le nouveau rapport d'IDTechEx intitulé « Batteries sodium-ion 2025-2035 : technologies, acteurs, marchés et prévisions », les principaux acteurs développent activement des alternatives à base de sodium aux batteries lithium-ion NMC (nickel-manganèse-cobalt) et LFP (lithium-fer-phosphate). Les trois principaux types de cathodes sodium-ion en cours de développement sont les oxydes de métaux de transition (similaires aux NMC), les polyanions (similaires aux LFP) et les analogues du bleu de Prusse (spécifiques aux batteries sodium-ion).
Les oxydes de métaux de transition et les analogues du bleu de Prusse sont particulièrement prometteurs en raison de leur faible coût et de l'absence de terres rares. Les oxydes de métaux de transition, généralement composés de sodium, d'oxygène, de nickel, de fer et de manganèse, excluent le cobalt, répondant ainsi aux problèmes de durabilité qui ont affecté les batteries lithium-ion. Les analogues du bleu de Prusse, avec leur structure rhomboédrique, sont composés uniquement de sodium, de fer, de carbone et d'azote, ce qui les rend uniques dans la technologie des batteries sodium-ion.
En ce qui concerne l'anode et l'électrolyte, les batteries sodium-ion sont très similaires aux batteries lithium-ion. Les anodes en carbone dur, utilisées dans les premières générations de batteries lithium-ion, sont privilégiées, car les ions sodium sont trop volumineux pour s'intercaler dans le graphite. Les électrolytes sont composés de sels et de solvants similaires, le lithium étant remplacé par du sodium, comme par exemple le NaPF₆ dans un solvant carbonaté.
Comparaison des ions sodium avec d'autres réactions chimiques cellulaires. Source : IDTechEx
La comparaison des différentes caractéristiques de performance révèle les avantages et les inconvénients généraux de chaque technologie de batterie. La densité énergétique des batteries sodium-ion reste inférieure à celle des cellules lithium-ion haute énergie, qui utilisent du nickel, mais elle se rapproche de celle des cellules lithium-fer-phosphate (LFP) haute puissance. La durée de vie des cellules est satisfaisante dans certaines configurations, mais un aspect intéressant, non illustré, est que les batteries sodium-ion peuvent atteindre des puissances élevées, avec des valeurs rapportées de l'ordre de 1 000 W/kg, supérieures à celles des cellules NMC (environ 340-420 W/kg) et LFP (environ 175-425 W/kg). Elles présentent également de meilleures performances à basse température.
La compétitivité des coûts dans un marché en mutation
L'un des principaux avantages des batteries sodium-ion réside dans leur potentiel de réduction des coûts par rapport aux technologies lithium-ion. À grande échelle, une batterie sodium-ion dotée d'une cathode en oxyde métallique stratifié et d'une anode en carbone dur devrait afficher des coûts de matériaux inférieurs d'environ 25 à 30 % à ceux d'une batterie lithium-fer-phosphate (LFP). Cette réduction des coûts est principalement due au remplacement du lithium et du cuivre par le sodium et l'aluminium, plus abordables, ce qui représente une économie d'environ 12 %, notamment grâce à l'utilisation de l'aluminium comme collecteur de courant.
Cependant, la structure des coûts est influencée par plusieurs facteurs. Les principaux postes de dépenses pour toute batterie sont les matériaux d'électrode, et le carbone dur s'impose comme le matériau d'anode privilégié pour les batteries sodium-ion. Bien que le carbone dur présente un avantage économique par rapport au graphite, sa densité plus faible implique une quantité d'électrolyte plus importante pour une même quantité de matériau actif, ce qui augmente à la fois le coût et la masse. De plus, le carbone dur est généralement plus cher que le graphite naturel, et certaines variantes présentent des performances inférieures.
L'avenir des batteries sodium-ion et leur potentiel à concurrencer les batteries lithium-ion restent un sujet de débat intense. Si le coût des batteries lithium-ion continue de baisser, le calendrier d'obtention de prix équivalents, voire inférieurs, pour la technologie sodium-ion demeure incertain. IDTechEx estime que les progrès techniques, plutôt qu'une simple augmentation de la production, seront essentiels pour réduire le coût des batteries sodium-ion.
Si les prix du lithium restent proches de leurs plus bas historiques, les batteries sodium-ion auront plus de difficultés à devenir compétitives en termes de coûts au cours de la prochaine décennie. Cependant, grâce aux progrès techniques continus, elles pourraient s'imposer comme une technologie complémentaire, offrant un avantage certain dans des applications spécifiques où la réduction des coûts et la disponibilité des matériaux sont primordiales.
Auteur : Shazan Siddiqi, analyste technologique senior chez IDTechEx
