18.07.2022 - Pacific Northwest National Laboratory

Des batteries sodium-ion plus durables à l'horizon

Un concept avancé de batterie sodium-ion surmonte les obstacles techniques

Bon marché et abondant, le sodium est un candidat prometteur pour une nouvelle technologie de batterie. Mais les performances limitées des batteries sodium-ion ont entravé leurs applications à grande échelle.

Aujourd'hui, une équipe de recherche du Pacific Northwest National Laboratory du ministère de l'énergie a mis au point une batterie sodium-ion dont la longévité a été considérablement accrue lors de tests en laboratoire. Une modification ingénieuse des ingrédients qui composent le cœur liquide de la batterie permet d'éviter les problèmes de performance qui ont entravé les batteries à base de sodium. Ces résultats, décrits dans la revue Nature Energy, constituent une recette prometteuse pour une batterie qui pourrait un jour alimenter les véhicules électriques et stocker l'énergie du soleil.

"Ici, nous avons démontré en principe que les batteries sodium-ion ont le potentiel d'être une technologie de batterie durable et respectueuse de l'environnement", a déclaré l'auteur principal du PNNL, Jiguang (Jason) Zhang, un pionnier des technologies de batterie avec plus de 23 inventions brevetées dans la technologie de stockage de l'énergie.

Le bon sel

Dans les batteries, l'électrolyte est le "sang" circulant qui maintient le flux d'énergie. L'électrolyte se forme en dissolvant des sels dans des solvants, ce qui donne des ions chargés qui circulent entre les électrodes positive et négative. Avec le temps, les réactions électrochimiques qui maintiennent le flux d'énergie deviennent lentes, et la batterie ne peut plus se recharger. Dans les technologies actuelles de batteries sodium-ion, ce processus se produit beaucoup plus rapidement que dans les batteries lithium-ion similaires.

L'équipe du PNNL, dirigée par les scientifiques Yan Jin et Phung Le, s'est attaquée à ce problème en changeant la solution liquide et le type de sel qui la traverse pour créer une recette d'électrolyte entièrement nouvelle. Lors des tests en laboratoire, la nouvelle conception s'est avérée durable, conservant 90 % de la capacité de la cellule après 300 cycles à 4,2 V, ce qui est supérieur à la plupart des batteries sodium-ion rapportées précédemment.

La recette actuelle de l'électrolyte pour les batteries sodium-ion entraîne la dissolution du film protecteur sur l'extrémité négative (l'anode) au fil du temps. Ce film est essentiel car il permet le passage des ions sodium tout en préservant la durée de vie de la batterie. La technologie conçue par le PNNL fonctionne en stabilisant ce film protecteur. Le nouvel électrolyte génère également une couche protectrice ultra-mince sur le pôle positif (la cathode) qui contribue à une stabilité supplémentaire de l'ensemble.

Technologie ininflammable

La nouvelle technologie sodium-ion développée par le PNNL utilise une solution naturellement ininflammable qui est également imperméable aux changements de température et peut fonctionner à des tensions élevées. L'une des clés de cette caractéristique est la couche protectrice ultra-mince qui se forme sur l'anode. Cette couche ultra-mince reste stable une fois formée, ce qui permet d'obtenir la longue durée de vie du cycle mentionnée dans l'article de recherche.

"Nous avons également mesuré la production de vapeur de gaz à la cathode", a déclaré Phung Le, chimiste spécialiste des batteries au PNNL et l'un des principaux auteurs de l'étude. "Nous avons constaté une production de gaz très minime. Cela fournit de nouvelles perspectives pour développer un électrolyte stable pour les batteries sodium-ion qui peuvent fonctionner à des températures élevées."

Pour l'instant, la technologie sodium-ion reste à la traîne du lithium en matière de densité énergétique. Mais elle présente ses propres avantages, tels que l'imperméabilité aux changements de température, la stabilité et la longue durée de vie, qui sont précieux pour les applications de certains véhicules électriques légers et même le stockage d'énergie sur le réseau à l'avenir.

L'équipe de recherche continue d'affiner sa conception. Elle expérimente d'autres concepts dans le but de réduire - et éventuellement d'éliminer - la nécessité d'inclure du cobalt, qui est toxique et coûteux s'il n'est pas récupéré ou recyclé.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

Pacific Northwest National Laboratory

Recommander les actualités PDF / Imprimer article

Partager

Plus sur Pacific Northwest National Laboratory
Plus sur U.S. Department of Energy