Quelle électricité en France pour 2035 AR v6 © Alain RICAUD Nov-Déc 2019 Page 80
Du point de vue de la durée de vie, 4 000 à 8 000 cycles alors que le Lithium-ion tourne autour de 2 000 cycles. Enfin, au niveau de la sécurité, les batteries sodium-ion chauffent moins. En revanche, les batteries Lithium-ion dans les véhicules embarquent beaucoup plus d’énergie : environ 230 Wh/kg contre 120 Wh/kg pour le Sodium et 35 Wh/kg pour le Pb-acide.
Les batteries lithium-ion de type NMC contiennent du cobalt. Cela pose des problèmes d’un point de vue sociétal et de gestion de la ressource dans la mesure où il est majoritairement extrait en République Démocratique du Congo et raffiné en Chine. Les batteries sodium- ion n’en co ntiennent pas et utilisent des ressources moins localisées, et présentes en Europe. Elles sont composées de deux électrodes en aluminium. Sur l’une d’elles, on dépose un matériau poly-anionique composé de sodium. Sur l’autre il y a du « hard carbon », qui est une forme de carbone moins dense que le graphite – utilisé avec le lithium-ion – et issue soit de matière végétale, soit de pétrole. Le graphite est issu d’activités minières en Chine. Le procédé de fabrication est identique. Il peut être transposé sur les mêmes machines qui fabriquent les batteries lithium-ion dans les usines existantes ou en cours de construction. Seuls les matériaux changent. Il y a deux grandes étapes. La première est l’enduction au cours de laquelle les matériaux à base de sodium et « hard carbon » sont déposés sur les électrodes d’aluminium. Ensuite les matériaux sèchent avant la deuxième étape : la découpe des électrodes et l’assemblage de la cellule sous une forme cylindrique où les électrodes sont enroulées à l’intérieur.
Elles visent les applications avec de forts enjeux de puissance, de sécurité et de durée de vie. A savoir la mobilité et le stockage stationnaire, mais pas la téléphonie mobile ou les ordinateurs portables. Le sodium-ion est particulièrement adapté aux véhicules hybrides – bus et voitures – pour fournir la puissance au démarrage et récupérer l’énergie de freinage. Cela pourrait également être des bus 100% électriques à recharge rapide, voire des automobiles 100% électriques avec une autonomie de l’ordre de 2 00 km, donc plus faible que le Lithium, mais capables de se recharger en cinq minutes 86.
Quel stockage pour le long terme ?
Le « power to gas to power »
Pour le long terme –au delà de 2035 – et certaines situations, le « Power to gas to power » à base d’hydrogène combinerait cinq étapes :
1. Électrolyse de l’eau avec de l’électricité (si possible renouvelable), ce qui produit de l’oxygène O2
et de l’hydrogène H2 ;
2. Stockage de H2 dans des réservoirs étanches 3. Réaction entre ce H2 et du CO2 pour former du méthane CH4 (méthanation); ou bien réaction
entre ce H2 et l’oxygène de l’air dans une pile à combustible pour systèmes embarqués.
4. Stockage de ce méthane et transport dans le réseau existant ; 5. Utilisation du méthane pour des besoins de chauffage domestique ou dans des cycles combiné
gaz pour produire de l’électricité.
Le « Power to gas to power » permet une longue durée de stockage mais son rendement énergétique est peu élevé compte tenu des pertes lors des traitements des phases 1 (20% x 50%), 2 (80%), 3 (50%). La méthanation pourrait servir aux usages difficiles à décarboner, dans un contexte d’énergie solaire ou éolienne peu chère.
86 Difficile à croire, car sur la base d’une capacité de 20 kWh et d’une tension de 144 V, cela représente 140 Ah, soit 1 700 A pendant 5mn !