Ces dernières années, le coût des batteries lithium-ion a augmenté en raison de la pénurie de ressources en lithium, ce qui limite leur application dans les dispositifs de stockage d'énergie à grande échelle. Par conséquent, le sodium, qui est abondant en matières premières et peu coûteux, a de nouveau suscité l'intérêt des scientifiques.
Table des matières
La batterie sodium-ion présente des avantages évidents
■ Avantages liés au faible coût et à l'abondance des ressources
En termes de ressources, batterie sodium-ion est plus avantageuse que les batteries au lithium-ion.
La structure et le principe des batteries sodium-ion sont similaires à ceux des batteries lithium. La batterie ionique au sodium se compose principalement de deux matériaux différents à base de sodium (matériaux de cathode et anode), l'électrolyte, le diaphragme et d'autres composants clés. Pendant la charge, les ions sodium sont retirés du matériau de la cathode, traversent l'électrolyte, le diaphragme et sont finalement incorporés dans le matériau négatif ; pendant ce temps, les électrons circulent de l'électrode négative à l'électrode positive via un circuit externe. Le processus de décharge est l'inverse du processus de charge. On peut constater que le principe de fonctionnement de la batterie sodium-ion est fondamentalement similaire à celui de la batterie lithium-ion.
■ Les batteries sodium-ion bénéficient d'un soutien politique
La batterie sodium-ion a bénéficié d'un soutien politique important ces dernières années. La batterie sodium-ion est un complément efficace aux batteries au lithium, et la technologie a progressivement évolué ces dernières années, les entreprises de la chaîne industrielle expédiant peu à peu de petites quantités. La Chine a également commencé à promouvoir la commercialisation des batteries sodium-ion, en améliorant progressivement les détails et en faisant de la technologie des batteries sodium-ion une tâche, afin de promouvoir davantage l'échelle et le faible coût des batteries sodium-ion et d'améliorer les performances globales.
■ La chaîne industrielle des batteries sodium-ion est complète
Cathode : les oxydes en couches présentent de bonnes performances globales et se généralisent.
Les principaux matériaux de cathode pour les batteries à ions sodium sont les oxydes de métaux de transition, etc. Les matériaux de cathode sont susceptibles d'affecter la densité énergétique de la batterie, sa durée de vie, etc., et un excellent matériau pour cathode à ions sodium doit avoir :
(1) faible coût des matières premières, processus de préparation simple, pour mieux exploiter les avantages du faible coût des batteries sodium-ion.
(2) avec l'électricité redox, ce qui est propice à l'amélioration de la densité énergétique des batteries sodium-ion.
Anode : le carbone dur est le plus approprié, mais son coût est plus élevé.
À l'heure actuelle, les batteries sodium-ion utilisent davantage d'anodes en carbone dur et en carbone mou. Le matériau de l'anode, qui est l'un des principaux composants de la batterie sodium-ion, a une incidence sur l'efficacité coulombienne, les performances du multiplicateur et les caractéristiques d'endurance du cycle de la batterie. Les matériaux d'anode les plus étudiés pour les batteries sodium-ion sont les matériaux à base de carbone. À l'heure actuelle, les anodes pouvant être utilisées dans les batteries sodium-ion sont : le carbone dur, le carbone mou, le graphène, etc.
Électrolyte et feuille d'aluminium : l'électrolyte utilise principalement le solvant ester NaPF6+, le coût de la feuille d'aluminium est avantageux.
Actuellement, le solvant d'électrolyte le plus couramment utilisé pour les batteries à ions sodium est l'électrolyte ester. En tant qu'élément important de la batterie, l'électrolyte est le pont qui relie les électrodes positives et négatives à l'intérieur de la batterie sodium-ion, ce qui est le principal facteur affectant la sécurité de la batterie et joue également un rôle important dans la densité énergétique, la durée de vie et la performance du multiplicateur de la batterie. Les principaux composants de l'électrolyte ester sont : PC, EC, DEC, etc. La structure est relativement stable, résistante à l'oxydation et très sûre.
La demande de batteries sodium-ion devrait s'élever à 292 GW
■ Les batteries sodium-ion attirent l'attention
La révolution énergétique stimule l'expansion des ressources énergétiques renouvelables et le stockage de l'énergie ouvre des perspectives de développement. Le stockage de l'énergie est une technologie de soutien essentielle pour la révolution énergétique, et il est nécessaire de toute urgence pour assurer un accès à grande échelle aux énergies renouvelables et pour améliorer l'efficacité, la sécurité et l'économie des réseaux électriques et des systèmes énergétiques régionaux.
Avec le prix élevé du lithium-ion, les batteries sodium-ion sont devenues une alternative puissante. Avec la popularisation des véhicules électriques et des applications de stockage d'énergie à grande échelle, l'industrie des piles au lithium peuvent être confrontées au problème de la rareté des ressources en lithium. Les batteries sodium-ion sont devenues un point chaud de la recherche sur les technologies de stockage de l'énergie en raison de l'abondance de leurs ressources, de leur faible coût, de leur grande efficacité de conversion de l'énergie, de leur longue durée de vie et de leurs faibles coûts de maintenance.
■ Les piles à ions sodium peuvent remplacer les piles à ions lithium
Le stockage électrochimique de l'énergie connaît une croissance rapide, avec une capacité installée cumulée de 297 GW d'ici 2030, ce qui représente un taux de croissance annuel composé de 58%. En outre, certains rapports prévoient que d'ici 2025, l'installation cumulée de stockage d'énergie électrochimique pourrait atteindre 40 GW, et d'ici 2030, l'objectif du pic de carbone sera atteint, et la capacité installée annuelle de la nouvelle production d'énergie maintiendra une croissance annuelle moyenne de 100 GW, et la capacité installée annuelle de stockage d'énergie électrochimique restera entre 12 GW et 15 GW, et on s'attend à ce que d'ici 2030, la capacité installée de stockage d'énergie électrochimique atteigne environ 110 GW. La capacité installée de stockage d'énergie électrochimique devrait atteindre 52 GW en 2025 et 297 GW en 2030, avec un taux de croissance annuel composé de 58%.
En outre, les batteries sodium-ion peuvent être largement utilisées dans les deux-roues électriques et remplacer les batteries plomb-acide. Les deux-roues électriques actuels sont affectés par le prix élevé des batteries au lithium, et la production a ralenti. La batterie sodium-ion, avec l'avantage du coût, peut remplacer les batteries au lithium d'une part, et peut aider les ventes de deux-roues électriques grâce à un faible coût d'autre part.
Les batteries sodium-ion devraient remplacer les batteries plomb-acide. En raison de son prix peu élevé et de sa grande stabilité, la batterie au plomb est le principal type de batterie utilisé dans les véhicules électriques à deux roues en Chine, et le taux de pénétration de la batterie au plomb atteint 90%. Par rapport aux batteries au lithium, les batteries au plomb présentent les avantages d'un faible coût, d'une grande autonomie et de la recyclabilité, mais leur poids élevé est également un inconvénient. Cependant, avec la popularité des batteries sodium-ion, on s'attend à ce qu'elles remplacent les batteries plomb-acide.
Les entreprises chinoises ont mis au point des batteries sodium-ion - la chaîne industrielle s'est progressivement formée.
■ CATL : industrialisation des anodes de batteries sodium-ion en 2023
CATL fait partie des 10 premiers fabricants de batteries lifepo4 (capacité installée) en Chine, lancera la première génération de batterie à ions sodium en 2021 : premièrement, en termes de densité énergétique d'une cellule unique, la densité énergétique de la batterie à ions sodium de CATL a atteint 160 Wh/kg, ce qui est le niveau le plus élevé parmi toutes les batteries à ions sodium ; on s'attend à ce qu'après une innovation continue, la densité énergétique de la deuxième génération de batterie à ions sodium dépasse 200 Wh/kg ; deuxièmement, en raison de la faible résistance interne de la batterie à ions sodium, la puissance de la batterie à ions sodium peut atteindre 80% au bout de 15 minutes de charge à température ambiante. Deuxièmement, en raison de la faible résistance interne de la batterie à ions sodium, la puissance de la batterie à ions sodium peut atteindre 80% après 15 minutes de charge à température ambiante ; nous nous engageons à promouvoir l'industrialisation de la batterie à ions sodium en 2023.
■ HUA YANG : Construire un modèle de chaîne industrielle complète
HUA YANG a commencé à concevoir des batteries sodium-ion en 2021 et a formé une chaîne industrielle complète. Dans le domaine des batteries sodium-ion, l'entreprise a mis en place des lignes de production d'électrodes positives et négatives, de cellules électriques, de blocs-batteries, d'électrolytes et d'autres segments, formant ainsi une chaîne industrielle complète.
En 2021, les batteries sodium-ion continueront à se développer régulièrement : HUA YANG et Zhongkehai Sodium ont commencé la production d'essai de la première ligne de production de batteries sodium-ion, qui a jeté des bases solides pour le développement de haute qualité de l'industrie des batteries sodium-ion, et devraient étendre conjointement la ligne de production de 2 000 tonnes de cathode et d'anode de batteries sodium-ion en 2023.
■ ZEC : avantage évident dans la technologie des cathodes
ZEC se concentre sur la recherche et le développement de matériaux cathodiques et travaille activement à la mise au point de matériaux cathodiques pour les batteries sodium-ion afin d'améliorer la capacité spécifique et de réduire la résistance interne sur la base de l'héritage d'une sécurité élevée et de la stabilité du cycle. ZEC possède une avance considérable sur ses concurrents chinois dans le même secteur.
ZEC a déjà expédié des cathodes de batteries sodium-ion et augmenté sa capacité de production de 100 000 tonnes de matériaux de cathode. À la fin du mois de juillet 2022, l'entreprise a expédié 4 tonnes + de cathode de sodium et envoyé des échantillons aux clients pour un total de 0,6475 tonnes.
Analyse de l'industrie des batteries sodium-ion
La batterie sodium-ion présente des avantages évidents
■ Avantages liés au faible coût et à l'abondance des ressources
En termes de ressources, batterie sodium-ion est plus avantageuse que les batteries au lithium-ion.
La structure et le principe des batteries sodium-ion sont similaires à ceux des batteries lithium. La batterie ionique au sodium se compose principalement de deux matériaux différents à base de sodium (matériaux de cathode et anode), l'électrolyte, le diaphragme et d'autres composants clés. Pendant la charge, les ions sodium sont retirés du matériau de la cathode, traversent l'électrolyte, le diaphragme et sont finalement incorporés dans le matériau négatif ; pendant ce temps, les électrons circulent de l'électrode négative à l'électrode positive via un circuit externe. Le processus de décharge est l'inverse du processus de charge. On peut constater que le principe de fonctionnement de la batterie sodium-ion est fondamentalement similaire à celui de la batterie lithium-ion.
■ Les batteries sodium-ion bénéficient d'un soutien politique
La batterie sodium-ion a bénéficié d'un soutien politique important ces dernières années. La batterie sodium-ion est un complément efficace aux batteries au lithium, et la technologie a progressivement évolué ces dernières années, les entreprises de la chaîne industrielle expédiant peu à peu de petites quantités. La Chine a également commencé à promouvoir la commercialisation des batteries sodium-ion, en améliorant progressivement les détails et en faisant de la technologie des batteries sodium-ion une tâche, afin de promouvoir davantage l'échelle et le faible coût des batteries sodium-ion et d'améliorer les performances globales.
■ La chaîne industrielle des batteries sodium-ion est complète
Cathode : les oxydes en couches présentent de bonnes performances globales et se généralisent.
Les principaux matériaux de cathode pour les batteries à ions sodium sont les oxydes de métaux de transition, etc. Les matériaux de cathode sont susceptibles d'affecter la densité énergétique de la batterie, sa durée de vie, etc., et un excellent matériau pour cathode à ions sodium doit avoir :
(1) faible coût des matières premières, processus de préparation simple, pour mieux exploiter les avantages du faible coût des batteries sodium-ion.
(2) avec l'électricité redox, ce qui est propice à l'amélioration de la densité énergétique des batteries sodium-ion.
Anode : le carbone dur est le plus approprié, mais son coût est plus élevé.
À l'heure actuelle, les batteries sodium-ion utilisent davantage d'anodes en carbone dur et en carbone mou. Le matériau de l'anode, qui est l'un des principaux composants de la batterie sodium-ion, a une incidence sur l'efficacité coulombienne, les performances du multiplicateur et les caractéristiques d'endurance du cycle de la batterie. Les matériaux d'anode les plus étudiés pour les batteries sodium-ion sont les matériaux à base de carbone. À l'heure actuelle, les anodes pouvant être utilisées dans les batteries sodium-ion sont : le carbone dur, le carbone mou, le graphène, etc.
Électrolyte et feuille d'aluminium : l'électrolyte utilise principalement le solvant ester NaPF6+, le coût de la feuille d'aluminium est avantageux.
Actuellement, le solvant d'électrolyte le plus couramment utilisé pour les batteries à ions sodium est l'électrolyte ester. En tant qu'élément important de la batterie, l'électrolyte est le pont qui relie les électrodes positives et négatives à l'intérieur de la batterie sodium-ion, ce qui est le principal facteur affectant la sécurité de la batterie et joue également un rôle important dans la densité énergétique, la durée de vie et la performance du multiplicateur de la batterie. Les principaux composants de l'électrolyte ester sont : PC, EC, DEC, etc. La structure est relativement stable, résistante à l'oxydation et très sûre.
La demande de batteries sodium-ion devrait s'élever à 292 GW
■ Les batteries sodium-ion attirent l'attention
La révolution énergétique stimule l'expansion des ressources énergétiques renouvelables et le stockage de l'énergie ouvre des perspectives de développement. Le stockage de l'énergie est une technologie de soutien essentielle pour la révolution énergétique, et il est nécessaire de toute urgence pour assurer un accès à grande échelle aux énergies renouvelables et pour améliorer l'efficacité, la sécurité et l'économie des réseaux électriques et des systèmes énergétiques régionaux.
Avec le prix élevé du lithium-ion, les batteries sodium-ion sont devenues une alternative puissante. Avec la popularisation des véhicules électriques et des applications de stockage d'énergie à grande échelle, l'industrie des piles au lithium peuvent être confrontées au problème de la rareté des ressources en lithium. Les batteries sodium-ion sont devenues un point chaud de la recherche sur les technologies de stockage de l'énergie en raison de l'abondance de leurs ressources, de leur faible coût, de leur grande efficacité de conversion de l'énergie, de leur longue durée de vie et de leurs faibles coûts de maintenance.
■ Les piles à ions sodium peuvent remplacer les piles à ions lithium
Le stockage électrochimique de l'énergie connaît une croissance rapide, avec une capacité installée cumulée de 297 GW d'ici 2030, ce qui représente un taux de croissance annuel composé de 58%. En outre, certains rapports prévoient que d'ici 2025, l'installation cumulée de stockage d'énergie électrochimique pourrait atteindre 40 GW, et d'ici 2030, l'objectif du pic de carbone sera atteint, et la capacité installée annuelle de la nouvelle production d'énergie maintiendra une croissance annuelle moyenne de 100 GW, et la capacité installée annuelle de stockage d'énergie électrochimique restera entre 12 GW et 15 GW, et on s'attend à ce que d'ici 2030, la capacité installée de stockage d'énergie électrochimique atteigne environ 110 GW. La capacité installée de stockage d'énergie électrochimique devrait atteindre 52 GW en 2025 et 297 GW en 2030, avec un taux de croissance annuel composé de 58%.
En outre, les batteries sodium-ion peuvent être largement utilisées dans les deux-roues électriques et remplacer les batteries plomb-acide. Les deux-roues électriques actuels sont affectés par le prix élevé des batteries au lithium, et la production a ralenti. La batterie sodium-ion, avec l'avantage du coût, peut remplacer les batteries au lithium d'une part, et peut aider les ventes de deux-roues électriques grâce à un faible coût d'autre part.
Les batteries sodium-ion devraient remplacer les batteries plomb-acide. En raison de son prix peu élevé et de sa grande stabilité, la batterie au plomb est le principal type de batterie utilisé dans les véhicules électriques à deux roues en Chine, et le taux de pénétration de la batterie au plomb atteint 90%. Par rapport aux batteries au lithium, les batteries au plomb présentent les avantages d'un faible coût, d'une grande autonomie et de la recyclabilité, mais leur poids élevé est également un inconvénient. Cependant, avec la popularité des batteries sodium-ion, on s'attend à ce qu'elles remplacent les batteries plomb-acide.
Les entreprises chinoises ont mis au point des batteries sodium-ion - la chaîne industrielle s'est progressivement formée.
■ CATL : industrialisation des anodes de batteries sodium-ion en 2023
CATL fait partie des 10 premiers fabricants de batteries lifepo4 (capacité installée) en Chine, lancera la première génération de batterie à ions sodium en 2021 : premièrement, en termes de densité énergétique d'une cellule unique, la densité énergétique de la batterie à ions sodium de CATL a atteint 160 Wh/kg, ce qui est le niveau le plus élevé parmi toutes les batteries à ions sodium ; on s'attend à ce qu'après une innovation continue, la densité énergétique de la deuxième génération de batterie à ions sodium dépasse 200 Wh/kg ; deuxièmement, en raison de la faible résistance interne de la batterie à ions sodium, la puissance de la batterie à ions sodium peut atteindre 80% au bout de 15 minutes de charge à température ambiante. Deuxièmement, en raison de la faible résistance interne de la batterie à ions sodium, la puissance de la batterie à ions sodium peut atteindre 80% après 15 minutes de charge à température ambiante ; nous nous engageons à promouvoir l'industrialisation de la batterie à ions sodium en 2023.
■ HUA YANG : Construire un modèle de chaîne industrielle complète
HUA YANG a commencé à concevoir des batteries sodium-ion en 2021 et a formé une chaîne industrielle complète. Dans le domaine des batteries sodium-ion, l'entreprise a mis en place des lignes de production d'électrodes positives et négatives, de cellules électriques, de blocs-batteries, d'électrolytes et d'autres segments, formant ainsi une chaîne industrielle complète.
En 2021, les batteries sodium-ion continueront à se développer régulièrement : HUA YANG et Zhongkehai Sodium ont commencé la production d'essai de la première ligne de production de batteries sodium-ion, qui a jeté des bases solides pour le développement de haute qualité de l'industrie des batteries sodium-ion, et devraient étendre conjointement la ligne de production de 2 000 tonnes de cathode et d'anode de batteries sodium-ion en 2023.
■ ZEC : avantage évident dans la technologie des cathodes
ZEC se concentre sur la recherche et le développement de matériaux cathodiques et travaille activement à la mise au point de matériaux cathodiques pour les batteries sodium-ion afin d'améliorer la capacité spécifique et de réduire la résistance interne sur la base de l'héritage d'une sécurité élevée et de la stabilité du cycle. ZEC possède une avance considérable sur ses concurrents chinois dans le même secteur.
ZEC a déjà expédié des cathodes de batteries sodium-ion et augmenté sa capacité de production de 100 000 tonnes de matériaux de cathode. À la fin du mois de juillet 2022, l'entreprise a expédié 4 tonnes + de cathode de sodium et envoyé des échantillons aux clients pour un total de 0,6475 tonnes.
Pour plus d'articles sur le sujet, voir feuille d'aluminium revêtue de carbone, top 10 entreprises de batteries sodium-ion dans le monde, top 10 fabricants de feuilles d'aluminium pour batteries en Chine.