Technologie sodium-ion : principe, positionnement et matériaux d’électrodes

Dans le cadre des politiques de développement durable, de nombreuses technologies font l’objet de travaux de recherche scientifique dans les laboratoires. Parmi ces technologies, les accumulateurs électrochimiques de type batteries alcalins-ions se sont fait une place de choix dans notre quotidien. Cela se traduit notamment par la démocratisation de la batterie lithium-ion, largement déployée pour des applications mobiles (téléphones et ordinateurs portables, véhicules électriques). Toutefois, d’autres technologies complémentaires comme les batteries sodium-ion se doivent d’être optimisées au regard du développement incontournable d’un mix énergétique. Ces batteries apparaissent comme des accumulateurs électrochimiques particulièrement intéressants pour des applications stationnaires, notamment pour le stockage de l’énergie intermittente (solaire, éolien). Les batteries Na-ion présentent notamment l’avantage d’impliquer des éléments non critiques et écoresponsables pour le développement des matériaux d’électrode qui restent toutefois à optimiser.

Dans cet article, le principe de fonctionnement d’une batterie Na-ion est explicité, et ses performances sont comparées à celles de sa grande sœur Li-ion. Nous proposons ensuite une présentation des matériaux d’électrodes négative et positive de ces batteries, ainsi que la chimie du solide mise en jeu, au regard des connaissances actuelles. Les anodes sont présentées selon les types de chimie qui les sous‑tendent vis‑à-vis du sodium (réactions d’intercalation, d’alliage, de conversion) ; pour les matériaux utilisés en tant que cathode, une classification en fonction de la cristallochimie des phases est fournie : analogues du bleu de Prusse, systèmes polyanioniques et oxydes de métaux de transition.