Les jours sont comptés pour les batteries lithium-ion « risquées », disent les scientifiques, après une percée en matière de charge rapide dans l’alternative sodium-ion

Les batteries sodium-ion (Na-ion) nouvellement développées pourraient offrir des vitesses de charge beaucoup plus rapides, une densité énergétique plus élevée et des améliorations en matière de sécurité par rapport aux batteries lithium-ion (Li-ion) conventionnelles, affirment les scientifiques.

En utilisant des batteries Na-ion, une alternative aux batteries Li-ion présentes dans la majorité des appareils actuels, des chercheurs de l’Université des sciences de Tokyo ont utilisé un nouvel électrolyte à base de carbone pour améliorer la densité énergétique et les vitesses de charge des ions Na.

Les scientifiques étudient les batteries Na-ion comme alternative aux batteries Li-ion en raison de leur stabilité améliorée et de leur faible coût, mais plusieurs goulots d’étranglement et limitations ont bloqué les progrès de la technologie.

Toutes les batteries contiennent une anode et une cathode, les deux électrodes qui déterminent la manière dont le courant entre et sort de l’appareil. Dans les batteries Li-ion, la cathode est principalement constituée de graphite, car c’est un excellent matériau pour stocker les ions lithium qui seront déchargés ultérieurement.

Mais les batteries Na-ion utilisent du carbone dur (HC) – une combinaison poreuse de milliers d’« unités structurelles de base turbostratiques », essentiellement une structure cristalline complexe, qui excelle dans le stockage des ions sodium. Il s’agit en théorie d’un matériau à charge très rapide.

Des recherches antérieures sur les HC ont cependant eu du mal à prouver que ce taux de charge théorique est pratiquement possible, car les ions pénétrant à grande vitesse dans l’électrolyte dense subissent un ralentissement similaire à un embouteillage. Mais dans une nouvelle étude publiée le 15 décembre 2025 dans la revue Science chimiqueles scientifiques ont décidé de surmonter cet obstacle.

Limiter les risques des batteries Li-ion

Les chercheurs ont combiné de petites concentrations de HC avec de l’oxyde d’aluminium, un matériau chimiquement inactif, dans une électrode combinée. Cela a permis aux ions de circuler librement dans les particules de HC sans problème de « trafic ».

Une fois le problème surmonté, les chercheurs ont ensuite prouvé que les ions sodium pouvaient pénétrer dans les HC à des taux similaires aux ions lithium pénétrant dans le graphite dans une batterie Li-ion.

Les chercheurs ont également découvert que le goulot d’étranglement de l’ensemble du processus est la vitesse à laquelle les ions remplissent les « pores » du HC, où les « pores » décrivent le processus dans lequel les ions forment des amas pseudo-métalliques à l’intérieur des pores nanoscopiques à la surface du HC.

Grâce à une analyse minutieuse, les chercheurs ont découvert que les ions sodium nécessitent moins d’énergie pour former ces amas. Les résultats indiquent que, dans de bonnes conditions, les batteries Na-ion – également appelées SIB – peuvent atteindre des taux de charge plus rapides que les batteries Li-ion.

« Un point clé du développement de matériaux HC améliorés pour les SIB à charge rapide est d’atteindre une cinétique plus rapide du processus de remplissage des pores afin qu’ils soient accessibles à des taux de charge élevés », a déclaré l’auteur principal de l’étude. Shinichi Komabaprofesseur au Département de chimie appliquée de l’Université des sciences de Tokyo, a expliqué dans un déclaration. « En outre, nos résultats suggèrent que l’insertion du sodium est moins sensible à la température, sur la base de la prise en compte d’une énergie d’activation plus faible que la lithiation. »

Dans le monde réel, les résultats pourraient aider les batteries Na-ion à être plus largement adoptées pour des utilisations nécessitant des taux de charge ou de décharge incroyablement rapides. Par exemple, les systèmes de stockage d’énergie par batterie à l’échelle du réseau bénéficieraient de la capacité de décharger rapidement l’énergie à la demande. Il est également primordial que les batteries restent stables lorsqu’elles sont utilisées à grande échelle pour stocker l’énergie produite par des sources renouvelables.

Les batteries Na-ion sont plus sûres que les batteries Li-ion, comme indiqué dans un Etude 2025 par des chercheurs de l’Université islamique de technologie, de l’Université d’État de l’Idaho et de l’Université de Waterloo. En effet, les ions sodium stables qu’ils contiennent sont moins sujets à la réaction en chaîne qui fait brûler, voire exploser, les batteries Li-ion lorsqu’elles sont endommagées.

Le Conseil national des chefs de pompiers du Royaume-Uni a déclaré que les systèmes de stockage d’énergie par batterie utilisant des batteries Li-ion présentent un « risque d’incendie important », notamment parce qu’une fois en feu, ces batteries ne peuvent pas être facilement éteintes.

L’emballement thermique, le processus autonome qui provoque l’inflammation des batteries Li-ion, peut même se maintenir sans oxygène. Le Conseil britannique de sécurité a noté qu’après leur inflammation, les batteries Li-ion de certains véhicules électriques peuvent brûler pendant des heures, voire des jours.

Si elles étaient produites à grande échelle, les batteries Na-ion comme celles testées dans l’étude pourraient éviter complètement ces risques.

« Nos résultats démontrent quantitativement que la vitesse de charge d’un SIB utilisant une anode HC peut atteindre des taux plus rapides que celle d’une LIB (batterie lithium-ion) », a déclaré Komaba dans le communiqué.