Ce qui représentait autrefois un marché de niche est maintenant une tendance bien installée: les énergies renouvelables prennent une part croissante sur le marché, la concurrence et l’innovation permettent de faire baisser le prix de technologies qui s’améliorent par ailleurs rapidement. Les panneaux solaires photovoltaïques, par exemple, ne sont aujourd’hui plus une utopie.

Les batteries constituent le chaînon manquant à une autoproduction domestique vraiment verte. En effet, devoir stocker une énergie renouvelable et propre dans des batteries sulfure-plomb ou au lithium, toxiques, inflammables et polluantes peut en rebuter plusieurs... avec raison!

Pourquoi éviter le lithium

La demande en lithium est forte: ce métal est utilisé principalement pour réaliser des verres et des céramiques (35 % de la production) et pour les piles et batteries au lithium (31 %). Cependant, en termes de stocks, l'industrie devrait pouvoir en disposer pendant encore plusieurs siècles. Pourquoi s’inquiéter alors? Pour des raisons environnementales.

La ressource est située pour la plupart dans des lacs salés en Amérique du Sud (au Chili, en Bolivie et en Argentine), mais aussi au Tibet et en Afghanistan. La production, le plus souvent opérée par évaporation de l'eau de ces lacs, recquiert de grandes quantités d'eau: des pénuries s'en suivent, en plus d’une pollution des sols et des réserves d’eau. Car les effluents miniers ne sont malheureusement pas traités de manière adaptée.

Pas difficile de comprendre les graves conséquences sociales de cette exploitation: l'agriculture et l'approvisionnement domestique sont problématiques. S'ajoutant à cette grande précarité, des enjeux d'inégalités se dressent: les pays producteurs ne disposent souvent pas de technologies, d’infrastructures et de main d’œuvre compétente pour transformer le lithium et produire des batteries. Le carbonate de lithium, sans grande valeur à l'état brut, est ainsi vendu sur le marché international à bas prix. C'est ainsi dans les pays industrialisés que sont produits les biens, et réalisés les bénéfices... Enfin, si le recyclage des batteries au lithium est réalisable et organisé, il n'en reste que son efficacité n'est pas optimale.

La batterie à l’eau de mer

Nous entrons dans une nouvelle ère: depuis peu, il est possible d’accumuler cette énergie verte dans des batteries tout aussi vertes. Il s'agit des piles au sodium-ion!

L’idée d’utiliser du sodium pour stocker l’énergie remonte aux années 1990. Mais en raison de leur meilleure performance et de la légèreté de leurs ions, les accumulateurs au sodium ont été écartés au profit du lithium. Aujourd’hui, avec une demande grandissante pour le stockage de l'électricité, l’utilisation du sodium a refait surface. Avec un grand bénéfice environnemental: la ressource est 1 000 fois plus abondante que le lithium et renouvelable! De plus, le sel est une ressource bien moins dispendieuse que le lithium.

Tout comme dans les batteries au lithium, les ions des batteries au sodium circulent dans un fluide, d’une électrode à l’autre (cathode/électrode) selon les cycles de charge/décharge. Via des liaisons chimiques, le sel de sodium est ainsi utilisé pour stocker de l’énergie, tout comme le fait le lithium.

Malheureusement, la seule compagnie (à notre connaissance) ayant commercialisé une batterie à l'eau salée, Aquion Energy,  a fait faillite en 2017. Avec les avantages importants de cette technologie, nous espérons que de nouveaux produits disponibles au Canada verront le jour sous peu.

composantes batterie eau salée
Batterie à l'eau salée d 'Aquion © Aquion (traduction Écohabitation (*Lire acier inoxidable dans l'image, et non acide inoxydable).

Les désavantages

La taille. Les batteries au sodium, du fait des ions plus volumineux (trois fois plus gros que les ions lithium), sont pour le moment plus grosses que les batteries standard.

La puissance. La quantité d’électricité qui peut être stockée dans ces batteries au sodium s’apparent à celle des batteries lithium à leur début, soit environ 90 Wh/kg. Mais les chercheurs s’attendent à ce que la batterie fasse des progrès rapide à ce niveau, tout comme l’a fait la batterie au lithium, qui a vite dépassé les 200 Wh/kg.

Prix

Au moment de sa commercialisation le modèle 48V, la batterie AHI se détaillait à environ 1 900$ .

Le sodium pour du stockage portatif

Les batteries au sodium peuvent aussi remplacer celles au lithium dans les appareils électroniques portatifs et les véhicules électriques. En France, des chercheurs du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) et du CNRS ont mis au point une batterie électrique sodium-ion au format standard 18650, soit un cylindre de 1,8 cm de diamètre par 6,5 cm de hauteur. Elles fonctionnent exactement sur le même principe que les piles au lithium, mais des ions sodium circulent au lieu des ions lithium. La technologie au sodium pourra ainsi être transposée sur les lignes de production initialement conçue pour les piles au lithium.

Le format 18650 est très répandu. Il équipe, entre autres, les ordinateurs portables et les voitures Tesla (association de plusieurs milliers de batteries).

Compte tenu de l’abondance du sodium et de la similitude des procédés de fabrication (plus simple encore pour la pile au sodium), les batteries devraient se vendre entre 10 et 15% de moins que celles au lithium et se développer rapidement, le savoir-faire acquis pour la batterie lithium pouvant être transposée très rapidement. Comme elle peut se charger et de se décharger très rapidement, elle pourrait permettre de recharger la voiture électrique plus rapidement par exemple.