Distinguer le battage médiatique de la réalité
par Bob Beckwith, responsable des applications du groupe – BESS, Clarke Energy
Nous avons récemment assisté au lancement officiel, en Europe, de nouveaux systèmes de stockage d’énergie au sodium-ion. Tout comme le phosphate de fer lithié (LFP), le sodium est évolutif et permet d’atteindre facilement des capacités déployées allant jusqu’à 1 GWh. De plus, à l’instar du LFP, il permet des durées de stockage allant de 1 heure à 8 heures.
L'essor du stockage d'énergie par batterie au sodium-ion
Les batteries lithium-ion, en particulier celles au lithium-fer-phosphate (LFP), sont devenues la technologie dominante pour les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS). Leurs applications vont de la réponse en fréquence et de l'intégration des énergies renouvelables à l'arbitrage énergétique et à la stabilisation du réseau. Grâce à la combinaison de ses excellentes caractéristiques de sécurité, de sa longue durée de vie et de la baisse de ses coûts, la technologie LFP est désormais la solution chimique privilégiée pour la plupart des projets de stockage stationnaire.
Cependant, l'intérêt croissant pour les batteries au sodium-ion laisse penser que le marché du stockage d'énergie pourrait entrer dans une nouvelle phase de diversification. Les systèmes de stockage d'énergie au sodium-ion récemment lancés en Europe ont démontré des capacités similaires à celles des batteries LFP, notamment une évolutivité permettant des déploiements à l'échelle du gigawattheure et une autonomie allant d'une à huit heures.
Cette technologie offrirait jusqu'à 15 000 cycles et une durée de vie opérationnelle de 25 à 30 ans, tandis qu'une série d'accords de déploiement portant sur plusieurs gigawattheures, annoncés à travers l'Europe, témoigne de la confiance croissante du secteur.
Y a-t-il quelqu'un qui parie que la technologie au sodium-ion ne fera pas ses preuves ?
Qu'est-ce qu'une batterie au sodium-ion ?
Fondamentalement, les batteries sodium-ion fonctionnent de manière très similaire aux batteries lithium-ion. L'énergie est stockée et libérée grâce au mouvement des ions entre l'anode et la cathode lors de la charge et de la décharge.
La principale différence réside dans le fait que les ions sodium remplacent les ions lithium en tant que porteurs de charge. Ce changement, en apparence simple, a des implications importantes en termes de coût, de chaînes d'approvisionnement, de caractéristiques de performance et d'évolutivité à long terme.
L'une des raisons pour lesquelles la technologie sodium-ion suscite autant d'intérêt est que de nombreux procédés de fabrication s'apparentent à ceux déjà utilisés pour la production de batteries lithium-ion.
Cela signifie que l'expertise et les infrastructures existantes en matière de fabrication de batteries pourraient être adaptées, plutôt que de devoir être entièrement créées à partir de zéro.
Pour un secteur en pleine expansion, cette compatibilité pourrait s'avérer extrêmement précieuse.
Quelle est la réalité ?
L'engouement pour la technologie au sodium-ion ne cesse de croître, les constructeurs automobiles, les développeurs de systèmes de stockage d'énergie et les entreprises technologiques investissant massivement dans cette chimie. Alors que le secteur recherche des alternatives aux batteries traditionnelles au lithium, la technologie au sodium-ion s'impose de plus en plus comme une option crédible pour certaines applications de stockage d'énergie stationnaire.
Alors, la technologie sodium-ion est-elle sur le point de révolutionner le secteur du stockage d'énergie, ou restera-t-elle une technologie de niche ?
Comme c'est souvent le cas avec les innovations émergentes, la réalité se situera probablement quelque part entre ces deux extrêmes.
La question essentielle n'est pas de savoir si les batteries au sodium-ion remplaceront les batteries au lithium-ion. Il s'agit plutôt de déterminer si elles peuvent offrir des avantages significatifs pour des applications spécifiques et contribuer à relever certains des défis liés à l'expansion rapide du stockage d'énergie à l'échelle mondiale.
L'attrait du sodium
Le principal avantage de la technologie au sodium-ion réside dans ses matières premières.
Le lithium est devenu l'une des matières premières les plus recherchées au monde, principalement en raison de la demande générée par les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie. Si les inquiétudes concernant la disponibilité à long terme du lithium sont souvent exagérées, l'augmentation de la demande entraîne inévitablement des tensions sur la chaîne d'approvisionnement, une volatilité des marchés et des enjeux géopolitiques.
Le sodium, en revanche, est l'un des éléments les plus abondants sur Terre. On le trouve partout, il est présent dans de nombreuses régions et peut être extrait de matériaux courants tels que le sel.
Cette abondance présente plusieurs avantages potentiels :
- Réduction de la dépendance vis-à-vis des minéraux stratégiques
- Une plus grande résilience de la chaîne d'approvisionnement
- Exposition moindre aux fluctuations des prix des matières premières
- Des performances améliorées en matière de développement durable
- Réductions potentielles des coûts à grande échelle.
À mesure que les services publics et les promoteurs commencent à planifier des déploiements de stockage dont la capacité se mesure en gigawattheures plutôt qu’en mégawattheures, ces facteurs prennent de plus en plus d’importance.
Densité énergétique : le compromis
Si les batteries au sodium-ion présentent tant d'avantages, pourquoi n'ont-elles pas déjà remplacé celles au lithium-ion ?
La réponse réside en grande partie dans la densité énergétique. Par rapport aux batteries LFP modernes, les cellules au sodium-ion stockent généralement moins d'énergie par kilogramme et par litre. Cela signifie que pour atteindre la même capacité énergétique, il faut recourir à des systèmes de batteries plus volumineux et plus lourds.
Pour les véhicules électriques, où l'espace et le poids sont des facteurs déterminants, cela représente un défi de taille. Les constructeurs automobiles cherchent sans cesse à augmenter l'autonomie de leurs véhicules, et une faible densité énergétique peut constituer un inconvénient majeur.
Cependant, les projets de systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) à grande échelle sont soumis à des contraintes différentes. Dans de nombreux cas, le coût du terrain est relativement faible par rapport à l'investissement global du projet. Si un système de batteries occupe six acres au lieu de cinq, mais qu'il permet de réduire les coûts d'investissement ou d'assurer une chaîne d'approvisionnement plus résiliente, de nombreux promoteurs peuvent considérer cela comme un compromis acceptable.
Cette distinction est importante car elle met en évidence les domaines dans lesquels la technologie sodium-ion pourrait trouver ses meilleures opportunités commerciales.
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Le secteur du stockage d'énergie stationnaire n'a pas nécessairement besoin de la densité énergétique la plus élevée qui soit.
Au contraire, les responsables de projet se concentrent souvent sur des indicateurs tels que :
- Coût d'installation
- Aspects économiques du projet
- Sécurité
- Durée de vie
- Disponibilité
- Sécurité de la chaîne d'approvisionnement
- Respect des conditions de garantie.
Dans ce contexte, les batteries au sodium-ion pourraient s'avérer de plus en plus intéressantes.
À mesure que la part des énergies renouvelables augmente, les gestionnaires de réseau ont besoin de capacités de stockage d'énergie plus importantes pour gérer l'intermittence et maintenir la stabilité du réseau. Le défi auquel est confronté le secteur ne consiste pas simplement à trouver la batterie la plus performante, mais à identifier des technologies pouvant être déployées de manière rentable à très grande échelle.
Si les batteries au sodium-ion parviennent à offrir des avantages significatifs en termes de coût tout en conservant des performances et une fiabilité acceptables, elles pourraient devenir une option très intéressante pour de nombreuses applications stationnaires.
Sécurité et performances d'exploitation
Un autre aspect qui suscite l'intérêt est le profil de sécurité de la technologie au sodium-ion.
Si toutes les technologies de batteries nécessitent une conception minutieuse, une gestion thermique et des systèmes de protection, les batteries sodium-ion pourraient présenter certains avantages en termes de stabilité thermique par rapport à certaines compositions chimiques des batteries lithium-ion.
La technologie sodium-ion offre de bonnes performances à basse température, ce qui pourrait la rendre intéressante dans les régions où les performances par temps froid constituent un critère important.
Pour les promoteurs immobiliers et les propriétaires d'actifs, ces caractéristiques pourraient se traduire par une simplification de l'exploitation et, éventuellement, par une réduction des besoins en énergie auxiliaire pour les systèmes de chauffage et de climatisation.
Il convient toutefois de garder à l'esprit que l'expérience en matière de déploiement commercial reste relativement limitée par rapport à la vaste expérience opérationnelle désormais acquise par les technologies lithium-ion.
Le défi de la maturité
Le principal obstacle auquel se heurte la technologie sodium-ion n'est peut-être pas lié à ses performances techniques, mais plutôt à la maturité du marché.
Les batteries LFP bénéficient de plusieurs décennies de développement, d'une capacité de production mondiale, de chaînes d'approvisionnement bien établies et d'une vaste expérience sur le terrain. Les investisseurs, les assureurs, les prêteurs et les promoteurs sont de plus en plus rassurés par cette technologie.
La technologie sodium-ion en est encore aux premières étapes de son déploiement commercial.
Des questions subsistent toutefois concernant :
- Comportement de dégradation à long terme
- Modalités de garantie
- Mise à l'échelle de la production
- Performances opérationnelles sur plusieurs années
- Faisabilité financière.
Le secteur a constaté à maintes reprises que les performances obtenues en laboratoire ne se traduisent pas toujours directement par des performances sur le terrain. Une adoption à grande échelle nécessitera une confiance non seulement dans la chimie elle-même, mais aussi dans l’écosystème qui la sous-tend.
La batterie au sodium-ion va-t-elle remplacer la batterie LFP ?
La question la plus intéressante est peut-être de savoir si la technologie sodium-ion doit réellement remplacer celle au LFP.
Le marché du stockage d'énergie n'est pas un marché où « le gagnant rafle tout ».
Tout comme différentes technologies de production d'électricité coexistent aujourd'hui sur les réseaux électriques, différentes chimies de batterie sont susceptibles de répondre à des applications différentes. Les batteries LFP, les batteries au sodium-ion, les batteries à flux et d'autres technologies émergentes pourraient chacune occuper une place distincte en fonction de leurs atouts respectifs.
Dans un avenir proche, la technologie LFP devrait rester la solution dominante pour de nombreuses applications de stockage d'énergie. Elle a acquis cette position grâce à des années de bons résultats en exploitation.
Cependant, il ne faut pas considérer la technologie sodium-ion comme une simple tendance passagère du secteur. La combinaison de matières premières abondantes, d'avantages potentiels en termes de coûts et de son adéquation aux applications stationnaires en fait aujourd'hui l'une des technologies émergentes les plus prometteuses dans le secteur du stockage.
Conclusion
L'engouement suscité par les batteries au sodium-ion est compréhensible, mais la prudence l'est tout autant.
Comme beaucoup de technologies émergentes, la technologie sodium-ion se situe quelque part entre la révolution et le battage médiatique. Elle ne risque guère de rendre la technologie lithium-ion obsolète du jour au lendemain, mais elle pourrait occuper une place de plus en plus importante dans le secteur du stockage d'énergie.
Alors que le monde poursuit sa transition vers les énergies renouvelables et l'électrification, le besoin en solutions de stockage d'énergie évolutives, abordables et résilientes ne fera que croître.
À l'avenir, les batteries au sodium-ion ne remplaceront peut-être pas les batteries au lithium-ion, mais elles pourraient s'avérer être l'un des atouts les plus précieux de l'industrie.
Pour en savoir plus :
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Note de l’auteur : Les technologies de batteries qui connaîtront le plus grand succès au cours de la prochaine décennie ne seront peut-être pas celles qui affichent les performances les plus élevées, mais celles qui offriront le meilleur équilibre entre coût, sécurité, évolutivité et exigences opérationnelles concrètes. La technologie sodium-ion est sans aucun doute une chimie à suivre de près.
