Piles sodium-ion : une étude du BAM met en évidence les besoins de recherche en matière de sécurité
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L'Institut fédéral allemand de recherche et d'essais sur les matériaux (BAM) a étudié, en collaboration avec l'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) et l'Institut Fraunhofer pour la dynamique à court terme (EMI), la Sécurité des batteries sodium-ion. Ce type d'accumulateur est considéré comme une alternative durable aux batteries lithium-ion. Les résultats de l'étude montrent que les mécanismes de sécurité éprouvés ne sont pas automatiquement aussi efficaces pour toutes les technologies de batteries, mais qu'ils devraient être adaptés de manière ciblée à la composition chimique et à la conception des cellules des nouvelles batteries.
Dans le cadre des recherches, l'endommagement mécanique d'une batterie sodium-ion a été simulé par un test dit de pénétration de clou. Ce test est une méthode internationalement reconnue pour évaluer le comportement de sécurité des batteries. Il consiste à percer intentionnellement une cellule avec une tige métallique afin de déclencher un événement de dommage critique.
L'objectif était de déterminer si, à l'instar des batteries lithium-ion, la batterie entrait alors dans une réaction thermique dangereuse, au cours de laquelle la cellule s'échauffait fortement et pouvait éventuellement s'enflammer ou exploser, et si les mécanismes de sécurité intégrés étaient efficaces. En raison de leurs matériaux économes en ressources et de leurs avantages potentiels en termes de coûts, les batteries sodium-ion sont considérées comme une alternative prometteuse aux systèmes lithium-ion.
Grâce à des radiographies à haute vitesse réalisées dans une chambre d'essai spécialement conçue par l'Institut Fraunhofer pour la dynamique à court terme (EMI), les chercheurs de l'European Synchrotron Radiation Facility à Grenoble ont pu, pour la première fois, visualiser en temps réel les processus internes des accumulateurs sodium-ion pendant un événement critique. Deux autres types de batteries présentant des mécanismes de sécurité et des propriétés chimiques différents ont également été étudiés en comparaison directe : une batterie lithium-ion classique à cathode nickel-manganèse-cobalt, largement utilisée dans les véhicules électriques et les appareils portables, et une batterie lithium-phosphate de fer. Ce type d'accumulateur est considéré comme particulièrement sûr et est souvent utilisé dans les accumulateurs stationnaires.
Les résultats ont montré de nettes différences de comportement : La batterie lithium-phosphate de fer s'est révélée particulièrement stable. La batterie lithium-ion avec cathode nickel-manganèse-cobalt a réagi de manière contrôlée - ses mécanismes de sécurité ont fonctionné comme prévu. Le comportement de la batterie sodium-ion a été surprenant : on a assisté à une évolution quasi explosive. La cause n'en était toutefois pas la chimie de la cellule elle-même, mais une défaillance du système de purge de la cellule, qui doit en principe veiller à ce que la surpression soit réduite. Cependant, en raison de l'augmentation rapide de la pression, le système d'aération a été obstrué par d'autres composants des dispositifs de sécurité, ce qui a entraîné la réaction brutale et violente.
"Nos recherches montrent que les mécanismes de sécurité ne peuvent pas être simplement transférés d'une technologie de batterie à une autre", explique Nils Böttcher, directeur du centre d'essai des batteries de la BAM. "C'est précisément pour les nouveaux types de batteries comme les cellules sodium-ion que les composants mécaniques comme les systèmes de ventilation doivent être adaptés et testés de manière ciblée. Nos résultats ne remettent pas en question la sécurité fondamentale de la technologie sodium-ion, mais ils soulignent la nécessité de considérer conjointement la composition chimique et la conception de la sécurité. BAM participe donc activement au développement de standards et de normes dans le domaine de la sécurité des batteries sodium-ion".
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 Allemand peut être trouvé ici.
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