Enjeux actuels

Dans un contexte de retrait progressif des carburants fossiles et d’accélération de la transition énergétique, les technologies de stockage d’énergie jouent un rôle central dans la reconfiguration des systèmes énergétiques modernes. La demande croissante en solutions de stockage fiables et durables soulève des défis liés à la disponibilité des ressources, à l’impact environnemental des technologies existantes et à la nécessité d’assurer une indépendance énergétique accrue. Les batteries, en particulier, jouent un rôle central dans cette dynamique en favorisant l’intégration des énergies renouvelables, la stabilisation des réseaux électriques et l’électrification de divers secteurs, notamment celui des transports. Elles sont ainsi devenues un pilier incontournable des efforts mondiaux visant la décarbonation et la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES).

Parmi les technologies existantes, les batteries lithium-ion s’imposent comme une solution de choix en raison de leur densité énergétique, leur longévité et leur efficacité. Toutefois, leur adoption massive engendre des préoccupations croissantes quant à l’approvisionnement en matières premières stratégiques, notamment le lithium, le cobalt et le nickel, rares et inégalement répartis sur la planète.

Cette situation entraîne des tensions géopolitiques, des hausses de coûts et des impacts environnementaux liés à leur extraction et raffinage. Face à ces enjeux, la recherche de solutions alternatives s’intensifie, et les batteries sodium-ion (BSI) émergent comme une technologie prometteuse. Le sodium, abondant dans la croûte terrestre, constitue une alternative économiquement et écologiquement viable au lithium. Les BSI présentent plusieurs avantages, notamment un coût de production réduit et une meilleure disponibilité des matériaux, favorisant leur utilisation dans le stockage stationnaire d’énergie et les véhicules électriques. Le développement et l’optimisation des BSI représentent une opportunité stratégique pour renforcer l’autonomie énergétique, diversifier l’offre technologique et réduire l’impact environnemental des systèmes de stockage. Dans cette optique, l’élaboration d’anodes performantes constitue un enjeu clé pour améliorer l’efficacité et la compétitivité des BSI. Ce travail s’intéresse donc à la conception d’anodes en carbone dur dérivé de biomasse forestière, une approche innovante conciliant performance électrochimique et durabilité des matériaux.

État des connaissances 

Les BSI, bien que prometteuses, montrent un problème lié à la dégradation prématurée de l’anode. Celle de graphite, habituellement utilisée dans les batteries lithium-ion, n’est pas tout à fait compatible pour ces nouvelles batteries car les ions sodium (Na) ne forment pas facilement des composés d’intercalation binaire avec le graphite (b-GICs). Pour résoudre ce problème, le carbone dur est actuellement utilisé comme matériau d’anode dans la BSI. Cependant, le carbone dur est synthétisé à partir de ressources non renouvelables, tels que la résine phénolique et le coke de pétrole, contribuant ainsi aux émissions de GES. Pour rendre les BSI plus durables et respectueuses de l’environnement, le développement des anodes en carbone dur dérivé des ressources renouvelables, comme la biomasse forestière, est nécessaire. Ce type de carbone dur offre un potentiel intéressant aux anodes pour les BSI, mais leur développement en est encore à ses débuts. 

Objectif 
L’objectif de ce projet est de fabriquer une anode à base de carbone dur dérivé de la biomasse forestière offrant de meilleures performances aux BSI. Pour y parvenir, plusieurs sous-objectifs sont définis : établir des liens pour identifier les types de biomasse les plus efficaces pour la synthèse de carbone dur, obtenir des données électrochimiques et physicochimiques sur les performances du carbone dur synthétisé.

Hypothèses 

Il sera possible de faire une anode fonctionnelle. Bien qu’elle ait du potentiel, celle-ci nécessitera des améliorations pour l’incorporer sur le marché. Le carbone dur issu de la lignine présentera les meilleurs résultats électrochimiques et physicochimiques en raison de sa teneur en carbone élevée. De plus, la biomasse issue du résineux présentera des performances inférieures aux autres à cause des impuretés naturelles présentes dans la substance. Le procédé de lavage permettra de réduire les impuretés naturellement présente dans les différents types de biomasse.