Selon les scientifiques, une technologie révolutionnaire en matière de batteries pourrait considérablement améliorer la sécurité des batteries utilisées pour les véhicules électriques (VE) et renforcer la stabilité des réseaux énergétiques.
Les chercheurs ont fait une percée en développant des batteries sodium-ion (Na-ion) à l’état solide, qui pourraient un jour compléter et remplacer les batteries lithium-ion (Li-ion) utilisées aujourd’hui dans de nombreux appareils quotidiens.
Regarder dessus
Les batteries Li-ion, la technologie de batterie dominante que l’on retrouve dans des produits allant des téléphones portables aux voitures électriques, peuvent souffrir d’un processus connu sous le nom d’« emballement thermique ». Cela se produit lorsqu’une batterie subit un court-circuit ou un dommage physique, ce qui déclenche une réaction en chaîne auto-entretenue qui augmente considérablement la chaleur à l’intérieur des cellules.
Les batteries Li-ion commerciales contiennent également généralement des électrolytes liquides organiques, qui sont un composant essentiel pour la densité énergétique, ainsi que pour une charge et une décharge efficaces. Ces électrolytes liquides sont hautement inflammables et peuvent provoquer un incendie des batteries ou même explose lorsqu’il est endommagé.
Les batteries Na-ion pourraient constituer une alternative plus sûre car elles contiennent des matériaux cathodiques plus stables et les ions sodium ont un potentiel électrochimique inférieur à celui des ions lithium, ce qui les rend moins sujettes à l’emballement thermique.
L’inconvénient est que les batteries Na-ion ont une densité énergétique relativement faible par rapport aux batteries Li-ion, ce qui signifie qu’elles durent moins longtemps entre les charges. De plus, les batteries Na-ion peuvent actuellement se dégrader plus rapidement, ce qui entraînerait une durée de vie globale inférieure. Ces deux facteurs ont historiquement empêché les batteries Na-ion de se généraliser.
Mais comme indiqué dans la nouvelle recherche, les scientifiques ont produit un matériau solide contenant du soufre et du chlore qui favorise la conductivité de la même manière que les électrolytes liquides tout en offrant une stabilité bien supérieure. La nouvelle batterie présentait une efficacité coulombienne de 99,26 % après 600 cycles de charge à 0,1 °C (une décharge de 10 heures), proche des 99 % ou plus obtenus par les batteries au lithium.
Remettre en question la domination du lithium
« Nous avons remplacé l’électrolyte liquide de la batterie par un électrolyte solide – il est ininflammable », Yang Zhaoprofesseur au Département de génie mécanique et des matériaux de l’Université Western, a déclaré dans un vidéo téléchargée sur YouTube.
L’équipe a également utilisé la Canadian Light Source, la source lumineuse nationale du Canada. synchrotron installation, pour examiner le mouvement des ions à l’intérieur de leur électrolyte solide, ce qui a confirmé leurs résultats.
« Ces outils à rayons X nous permettent de voir l’environnement chimique local, les voies ioniques et les structures de liaison d’une manière que les instruments de laboratoire classiques ne peuvent pas voir », a déclaré Zhao dans un autre article. déclaration. « Ils sont absolument essentiels au développement de matériaux pour batteries à semi-conducteurs. »
La nouvelle technologie de batterie pourrait contribuer à une utilisation généralisée des batteries Na-ion, en particulier pour les charges de travail critiques actuellement remplies par des batteries Li-ion plus volatiles, ont indiqué les chercheurs. Ensuite, ils devront démontrer que leur approche offre le juste équilibre entre sécurité et densité énergétique, ainsi qu’une méthode de fabrication qui peut être adaptée pour répondre à l’immense demande de batteries observée dans le monde.
Bien qu’il représente environ 70% de la batterie rechargeable mondiale batteries, les batteries Li-ion ne sont principalement utilisées que dans une poignée d’applications critiques.
Par exemple, la récente initiative de l’Agence internationale de l’énergie (AIE) données a constaté que le secteur de l’énergie représente plus de 90 % de la demande en Li-ion.
Actuellement, les systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS) au niveau national sont sous-estimés. examen minutieuxsurtout après incendies répétés sur les sites BESS de Californieet nécessitent la construction de systèmes d’extinction d’incendie. Na-ion pourrait contribuer à apaiser ces inquiétudes et à accélérer le déploiement du BESS, qui stocke l’approvisionnement intermittent en énergie renouvelable pour être livré plus tard en fonction de la demande.
Le sodium étant abondant par rapport au lithium, la production massive de batteries Na-ion pourrait réduire considérablement le coût global de la chaîne d’approvisionnement des batteries.
Les batteries Na-ion présentent également l’avantage supplémentaire d’être plus faciles à recycler que les batteries Li-ion, comme indiqué dans un Etude 2023car ils contiennent moins de matières dangereuses et aucun métal lourd.
Un certain nombre de marques automobiles renommées travaillent déjà sur les batteries Na-ion. En avril, le plus grand fabricant de batteries au monde, Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL), a annoncé qu’il produisait en masse des batteries Na-ion en utilisant son nouveau « Naxtra » plate-forme de batterie. Le produit devrait être utilisé dans les voitures à partir de 2026. Le géant chinois de l’automobile BYD est également développer des batteries Na-ion à des fins de stockage à l’échelle du réseau.
