Depuis quelque temps déjà, les scientifiques observent que le sel bon marché et très abondant pourrait être un substitut potentiel du lithium dans les batteries qui alimentent tout, des ordinateurs portables aux voitures. Bien que ces batteries au sodium-ion expérimentales continuent d’être prometteuses, il y a quelques problèmes à résoudre avant que nous les voyions devenir monnaie courante. Les chercheurs de l’Université Purdue prétendent avoir surmonté une lacune importante en réduisant d’abord le sodium sous une forme de poudre.
L’envie de trouver des alternatives à la batterie lithium-ion omniprésente est due au fait que le lithium est rare et coûteux à exploiter. L’abondance de sodium, quant à elle, peut le remplacer sur quelques fronts, les scientifiques examinant les installations de stockage solaire et éolien à grande échelle et à faible coût comme des applications présentant un potentiel particulier.
A l’instar d’une batterie lithium-ion, une batterie sodium-ion génère de l’énergie en faisant voyager des ions sodium d’une électrode à l’autre par l’intermédiaire d’un électrolyte liquide, au moins en théorie. Le problème est que les batteries ion-sodium ont quelques problèmes opérationnels sous leur forme actuelle.
L’une d’elles est la courte durée de vie due au regroupement des ions sodium au niveau de l’électrode en carbone, appelée anode, pendant les premiers cycles de charge. Ici, ils forment et fabriquent une interface connue sous le nom d’électrolyte solide, qui absorbe avidement les ions sodium et laisse rapidement une batterie hors d’usage.
« Le problème le plus important est la capacité limitée de la cathode à contenir du sodium », explique Vilas Pol, professeur agrégé de Purdue en génie chimique. « Si la majeure partie de cette capacité est consommée par l’anode pendant la formation de l’interface d’électrolyte solide, la quantité de sodium à transporter est limitée, ce qui limite la durée de vie de la batterie. »
Donc, Vilas Pol et son équipe ont cherché à faire quelques ajustements. En utilisant la technologie standard des ultrasons, ils ont fondu des morceaux de sodium dans un liquide pourpre laiteux, qu’ils ont ensuite refroidis en une poudre et mis en suspension dans une solution d’hexane, laissant une dispersion uniforme des particules de poudre.
L’ajout de seulement quelques gouttes de ce matériau en poudre pendant la fabrication des électrodes d’anode et de cathode a donné de bien meilleurs résultats. Vilas Pol dit qu’ils ont observé des cycles de charge et de décharge beaucoup plus longs, ainsi qu’une meilleure efficacité coulombienne (efficacité du transfert de charge).
L’équipe a déposé un brevet pour la technologie, et Vilas Pol affirme qu’il travaille actuellement à optimiser la fabrication du procédé de poudre et des batteries qui incorporent le matériau. Dans l’ensemble, l’équipe espère que sa poudre de sodium pourrait être l’ingrédient manquant pour amener les batteries aux ions sodium dans l’industrie.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775318306712
