D’immenses bassins d’évaporation à ciel ouvert, situés en Amérique du Sud, où l’on pompe des millions de litres d’eau pour extraire le lithium. Cette image est l’un des processus nécessaires pour obtenir ce métal, cœur de nos voitures électriques. Son extraction est lente, coûteuse et fortement concentrée dans quelques régions du monde.

Alors que la demande mondiale pourrait drastiquement augmenter d’ici 2040, l’industrie craint de ne pas pouvoir produire de lithium assez vite ni à un prix raisonnable.

Face à ce goulot d’étranglement, une équipe de l’Université Dalhousie, dirigée par le Dr Michael Metzger, travaille à une solution de rechange: remplacer le lithium par du sodium. Autrement dit, passer d’un métal à la chaîne d’approvisionnement tendue à du sel, un matériau disponible partout.

Le sel, nouvel allié de l’énergie verte

Concrètement, que signifie fabriquer une batterie avec du sel? Il ne s’agit pas d’utiliser simplement une boîte de sel de table (chlorure de sodium) pour la verser dans une pile.

Le «sel» désigne avant tout le composant clé de l’électrolyte, ce liquide qui permet aux ions de circuler. Ici, on utilise des sels de sodium, comme le carbonate de sodium ou l’hydroxyde de sodium, des poudres blanches industrielles courantes et peu coûteuses.

Ensuite, le principe reste proche de celui d’une batterie classique. Il s’agit de faire circuler des ions entre une électrode positive (cathode) et une électrode négative (anode) pour stocker et restituer de l’électricité.

La différence majeure réside dans la chimie interne. Là où le lithium-ion utilise du graphite dense pour stocker les ions, le sodium, plus gros, ne peut pas s’y loger. Il nécessite un «carbone dur», une structure plus poreuse et aérée.

«Les processus de fabrication sont très similaires: chauffage, broyage, mélange de poudres», explique Michael Metzger, titulaire de la chaire Herzberg-Dahn à l’Université Dalhousie. «Mais au lieu d’utiliser du cobalt, cher et problématique, ou du lithium dont l’extraction est lourde, nous utilisons du fer, du phosphore et du sodium. Des éléments que l’on trouve partout.»

Le résultat est une batterie dont l’empreinte écologique est plus légère. «Le sodium offre une chaîne d’approvisionnement bien meilleure, car il est présent dans pratiquement toutes les régions du monde», souligne le chercheur.

Deux usages, deux réalités

Cette technologie promet-elle de remplacer nos batteries de voiture? Pas tout à fait. Le sodium a un défaut majeur: sa densité volumétrique. À énergie égale, une batterie au sodium est environ 30% plus grosse qu’une batterie au lithium. «J’ai conduit une voiture équipée de ces batteries en Chine», raconte Michael Metzger. «Elle avait une autonomie correcte de 250 kilomètres, mais le véhicule était entièrement rempli de batteries. Il n’y avait plus de coffre ni d’espace sous le capot.»

Pour l’automobile, le compromis est donc difficile à accepter. En revanche, pour le stockage de l’énergie, c’est une autre histoire. Pour des conteneurs permettant de collecter l’énergie produite par des parcs éoliens ou des panneaux solaires, le volume et le poids importent peu. Ce qui compte, c’est le coût et la durée de vie.

«Pour le stockage d’énergie, l’objectif est de déployer autant de capacité que possible pour absorber l’électricité renouvelable», précise Michael Metzger. «Les batteries sodium-ion peuvent être fabriquées très bon marché, durer 20 ou 30 ans, et supportent mieux la chaleur, ce qui permet d’économiser les systèmes de refroidissement.»

C’est précisément la niche visée par des entreprises comme Peak Energy, partenaire du projet, qui développe déjà des systèmes de stockage pour le réseau électrique. Au Canada, cette technologie pourrait aussi permettre d’électrifier des communautés isolées, notamment dans le Nord, qui dépendent encore de générateurs au diesel.

Durabilité et défis à long terme

Si le sodium résout le problème de la matière première, il en pose d’autres, notamment celui du recyclage. Ironie du sort: parce qu’elles sont peu chères et ne contiennent pas de métaux précieux comme le cobalt ou le cuivre, les batteries au sodium sont moins attractives économiquement pour les recycleurs. «Il faut quand même les recycler pour des raisons environnementales, même si ce n’est pas rentable», insiste Michael Metzger.

La recherche à Dalhousie se concentre désormais sur trois axes: augmenter la durée de vie pour viser le siècle, améliorer la densité d’énergie en testant des anodes en étain ou en plomb, et optimiser la performance à basse température, un atout majeur pour le climat canadien.

«Nous voulons traiter cette infrastructure énergétique comme un bien public permanent», conclut le chercheur. «Si nous pouvons faire durer ces batteries 100 ans, alors nous aurons vraiment réussi la transition vers une énergie propre et durable.»