La demande de lithium va-t-elle chuter avec les nouvelles batteries sodium‑ion ?

Aller au-delà du lithium‑ion

Les batteries sont progressivement devenues l’innovation technologique clé de la décennie, tout comme les décennies précédentes ont été façonnées par l’essor du PC ou d’Internet.

Cela s’explique par le fait que les progrès de la technologie des batteries alimentent non seulement la révolution des véhicules électriques, mais constituent également la limitation cruciale pour la décarbonation du réseau électrique, en raison de l’intermittence des énergies renouvelables.

Des batteries ultra‑denses et/ou bon marché seront également essentielles pour électrifier et décarboner les secteurs gourmands en énergie de l’économie, comme l’industrie lourde (chimie, métallurgie, fabrication) et les transports (camions, navires, avions).

Jusqu’à présent, cela a été réalisé avec des variantes de batteries au lithium, soit lithium‑ion (lithium‑nickel‑manganèse NMC & lithium‑nickel‑cobalt‑aluminium NCA) ou batteries lithium‑fer‑phosphate (LFP). C’était une technologie transformatrice qui a légitimement valué à ses inventeurs le prix Nobel de chimie 2019 (suivez le lien pour l’histoire de l’invention du lithium‑ion).

Jusqu’à présent, on s’attendait à ce que ces batteries continuent de dominer le marché, grâce à leur densité énergétique extrêmement élevée.

Source: S&P Global

Par la suite, les batteries à état solide sont considérées comme une étape possible pour continuer à augmenter la densité des batteries tout en utilisant beaucoup de lithium, voir « 5 meilleures actions de batteries à état solide à surveiller ou à acheter ».

Cependant, le lithium n’est pas le seul ion utilisable dans les batteries. Le sodium, beaucoup plus abondant et moins cher, base du sel de table, est également un candidat.

Le problème est que les batteries sodium‑ion ont jusqu’ici présenté une densité énergétique plus faible, les reléguant aux véhicules électriques à bas prix/faible autonomie ou aux batteries stationnaires à l’échelle des services publics.

Cela pourrait changer grâce à l’invention de batteries sodium‑ion utilisant la cathode TAQ. Il s’agit du travail de chercheurs du MIT et du Brookhaven National Laboratory, qui ont publié leurs résultats dans le Journal of the American Chemical Society, sous le titre « High‑Energy, High‑Power Sodium‑Ion Batteries from a Layered Organic Cathode »¹.

Source: Princeton University

Cathode TAQ

Nous avions déjà rapporté sur la cathode TAQ dans « Designing a Better Battery – Out with Cobalt and In with…TAQ? ». TAQ, ou bis‑tétraa­minobenzokétone, est un composé organique solide en couches.

Dans cette recherche de 2024, les chercheurs ont découvert que TAQ possédait non seulement un potentiel en tant que matériau de supercondensateur, mais surpassait également les cathodes lithium traditionnelles.

Source: GreenCarCongress

Ils ont trouvé comment améliorer l’adhérence de TAQ au collecteur de courant en acier inoxydable de la cathode, renforçant la stabilité du nouveau prototype de cathode preuve de concept.

En ajoutant des matériaux contenant de la cellulose et du caoutchouc au TAQ, ils ont réalisé en toute sécurité plus de 2 000 cycles charge‑décharge. La densité énergétique était également supérieure à celle des cathodes à base de cobalt, et la charge prenait moins de 6 minutes.

En 2024, nous avions évoqué le potentiel d’autres chimies de batterie à utiliser TAQ également :

Il convient également de noter que les cathodes organiques ont été étudiées pour d’autres types de batteries, par exemple pour les ions aluminium, les ions sodium/potassium, les ions zinc, ou les batteries à double ion basées sur le calcium. Ainsi, il est possible que la découverte des propriétés de TAQ puisse être appliquée à d’autres types de batteries que le lithium‑ion.

Et c’est exactement ce que l’équipe de recherche a fait, créant une batterie sodium‑ion à densité énergétique ultra‑élevée.

Batterie sodium‑ion TAQ

Pourquoi le sodium ?

La raison pour laquelle les chercheurs ont choisi le sodium pour l’étape suivante de leurs travaux est son abondance.

« Il est toujours préférable d’avoir un portefeuille diversifié pour ces matériaux. Le sodium est littéralement partout. Pour nous, développer des batteries fabriquées avec des ressources vraiment abondantes comme la matière organique et l’eau de mer fait partie de nos plus grands rêves de recherche.

Être à l’avant‑garde du développement d’une cathode ou d’une batterie sodium‑ion véritablement durable et économique est vraiment excitant. »

Mircea Dincă – Professeur de chimie au MIT.

Il existe également une justification économique, car cette étude, ainsi que l’étude initiale de 2024 sur TAQ, ont été financées par Automobili Lamborghini S.p.A. Des matériaux moins chers et une technologie de batterie qui ne dépend pas d’une chaîne d’approvisionnement dominée par la Chine pourraient sauver une industrie automobile européenne quelque peu en difficulté, qui accuse du retard en matière d’électrification.

Adapter la cathode TAQ aux batteries sodium

Pour la faire fonctionner avec le sodium, les chercheurs ont dû modifier leur conception afin de répondre aux exigences des batteries sodium‑ion.

Un défi était de créer une électrode homogène contenant à la fois TAQ et carbone.

« Le liant que nous avons choisi, les nanotubes de carbone, facilite le mélange des cristaux TAQ et des particules de noir de carbone, conduisant à une électrode homogène. Les nanotubes de carbone s’enroulent étroitement autour des cristaux TAQ et les interconnectent.

Ces deux facteurs favorisent le transport des électrons au sein du volume de l’électrode, permettant une utilisation quasi‑100 % du matériau actif, ce qui conduit à une capacité presque théorique maximale. »

Dr. Tianyang Chen – Chercheur au MIT

Source: Princeton University

Performances élevées

Cette capacité extrêmement élevée obtenue sur un prototype pourrait rapidement se traduire en batteries très efficaces, notamment en ce qui concerne le temps de charge, une limitation habituelle des véhicules électriques, et les plaintes des consommateurs.

« L’utilisation de nanotubes de carbone améliore considérablement la performance en taux de la batterie, ce qui signifie que la batterie peut stocker la même quantité d’énergie en un temps de charge beaucoup plus court, ou stocker beaucoup plus d’énergie dans le même temps de charge. »

Dr. Tianyang Chen – Chercheur au MIT

Cela a été réalisé tout en conservant les avantages de TAQ, à savoir la stabilité à l’air et à l’humidité, une longue durée de vie, la capacité à résister à des températures élevées et la durabilité environnementale.

Le produit final affichait une densité d’énergie de cathode de 472 Wh/kg d’électrode lors d’une charge/décharge en 90 s et une puissance spécifique maximale de 31,6 kW/kg d’électrode.

À titre de référence, cela se rapproche quelque peu de la densité des cathodes commerciales à base de Ni/Co en couches (≈ 740 Wh/kg‑cathode) référencée dans une publication scientifique de 2024.

Développements futurs et potentiel commercial

Dans l’ensemble, il est probable que les batteries lithium‑ion haut de gamme, puis les batteries à état solide, continueront de dominer le marché des véhicules électriques haut de gamme.

Cependant, pour les segments plus sensibles au prix comme les véhicules électriques d’entrée et de milieu de gamme, les camions commerciaux, le stockage utilitaire, etc., d’autres facteurs seront probablement plus importants, tels que le coût global, la disponibilité des ressources, la durabilité, etc.

Cela pourrait mettre un plafond à la demande de lithium, le sodium se positionnant de plus en plus comme une alternative viable, grâce à des matériaux cathodiques innovants comme TAQ.

D’autres améliorations pourraient également contribuer, par exemple, en éliminant complètement le besoin d’une anode (l’autre extrémité de la batterie), comme nous l’avons évoqué en juillet 2024 dans « Anode‑Free Sodium Solid‑State Batteries Could Reduce Reliance on the ‘Lithium Triangle’ ». 

Source: University Of Chicago

Cela n’a pas encore été testé, et nécessitera probablement quelques ajustements, mais nous pouvons facilement imaginer à long terme que la plupart des véhicules électriques et des camions commerciaux n’auront pas besoin de batteries d’une autonomie de 1 000‑2 000 miles utilisant la meilleure batterie lithium à état solide possible.

À la place, une future batterie sodium‑ion à cathode TAQ, peut‑être à état solide, peut‑être sodium‑ion, suffira à atteindre une capacité d’autonomie de 400‑600 miles à un meilleur prix.

En plus de l’innovation chimique, la conception structurelle peut également améliorer les batteries, comme la structure en nid d’abeille utilisée dans la batterie « condensed state » de CATL, le plus grand producteur de batteries au monde. Peut‑être une telle idée pourrait être déployée aux batteries sodium‑ion également. (voir plus d’informations dans « CATL (300750.SZ) : The Battery Juggernaut »).

Investir dans les technologies avancées de batteries

Les batteries sont au cœur de la tendance à l’électrification, elle‑même étant une initiative multitrillionnaire majeure visant à éliminer les combustibles fossiles de nos sources d’énergie.

Vous pouvez investir dans des entreprises liées aux batteries via de nombreux courtiers, et vous trouverez ici, sur securities.io, nos recommandations pour les meilleurs courtiers aux États‑Unis, Canada, Australie, Royaume‑Uni, ainsi que de nombreux autres pays.

Si vous n’êtes pas intéressé par la sélection d’entreprises spécifiques aux batteries, vous pouvez également vous tourner vers des ETF sur les batteries comme Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), le Lithium & Battery Tech ETF (LIT) de Global X, ou le WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ), qui offriront une exposition plus diversifiée pour profiter de la croissance de l’industrie des batteries.

Companie de cathodes organiques

Volkswagen AG

Les recherches du Pr. Mircea Dincă sur la cathode TAQ, tant en 2024 (lithium‑ion) qu’en 2025 (sodium‑ion), ont été financées par Automobili Lamborghini S.p.A., filiale d’Audi, elle‑même appartenant au groupe Volkswagen.

Une demande de brevet pour la technologie de cathode organique a été déposée.

Le constructeur automobile allemand est le deuxième plus grand producteur de voitures au monde, derrière seulement Toyota. L’entreprise a, pendant un temps, pris du retard dans la technologie des véhicules électriques mais a travaillé d’arrache‑pied pour rattraper son retard, notamment avec la série ID et plusieurs modèles hybrides.

Source: Volkswagen

La collaboration avec les chercheurs du MIT n’est qu’une parmi tant d’autres, d’autres partenariats concernant les véhicules électriques incluent :

• Un investissement de 700 M$ dans le chinois Xpeng pour stimuler les ventes de VE en Chine.
• Un partenariat avec le chinois SAIC Motor pour fournir des plateformes VE à Volkswagen.
• Un partenariat avec Jetta Motor pour acquérir la technologie VE.
• Un partenariat de 492 M$ avec Magna pour revitaliser la marque emblématique Scout en tant que VE

Scout cars – Source: Volkswagen

Avec ses plans ambitieux concernant les VE et son accès à des technologies avancées de VE provenant de grandes entreprises chinoises, Volkswagen est bien placé pour examiner la technologie brevetée de cathode organique du MIT et travailler à son déploiement à grande échelle dans ses futurs VE.

Il pourrait toutefois, entre‑temps, envisager de se concentrer d’abord sur les hybrides et de maintenir les voitures à moteur à combustion interne plus longtemps que prévu afin de « maintenir la flexibilité ».

Vous pouvez lire davantage sur Volkswagen et sa stratégie VE, y compris la résolution de ses problèmes logiciels grâce à un accord avec Rivian, et l’unification de l’architecture VE à travers le groupe Volkswagen et ses marques dans « Volkswagen Closing German Factory? What’s Next for the Troubled Automaker? ».

Référence de l’étude :

^{1. Chen, T., Wang, J., Tan, B., Zhang, K. J., Banda, H., Zhang, Y., Kim, D.-H., & Dincă, M. (2025). Batteries sodium‑ion à haute énergie et haute puissance à partir d’une cathode organique en couches. Journal of the American Chemical Society, 147(7), 6181–6192. https://doi.org/10.1021/jacs.4c17713}