Les batteries lithium-ion dominent le marché de l’alimentation des véhicules électriques et sont de plus en plus envisagées pour le stockage de l’énergie renouvelable utilisée dans les réseaux électriques. Cependant, l’expansion rapide de ce marché pourrait entraîner des pénuries de lithium dans les cinq à dix prochaines années.
Le potentiel des batteries au sodium-ion
Dans ce contexte, les batteries au sodium-ion se présentent comme une alternative intéressante. Gui-Liang Xu, chimiste au Laboratoire national d’Argonne, souligne que le sodium, plus abondant et moins cher que le lithium, pourrait réduire les inquiétudes liées à la chaîne d’approvisionnement des batteries lithium-ion.
Problématiques actuelles des batteries au sodium-ion
Jusqu’à présent, la commercialisation des batteries au sodium-ion a été freinée par la dégradation rapide des performances de la cathode contenant du sodium lors des cycles de charge et de décharge. Ce problème est principalement dû à la formation de fissures dans les particules de la cathode lors de ces cycles, causées par des contraintes entre le noyau et la coquille des particules.
Innovation dans la conception des cathodes
Une équipe d’Argonne a développé une nouvelle conception pour une cathode à base d’oxyde de sodium-ion, inspirée d’une conception précédente pour les cathodes lithium-ion. Cette conception utilise un mélange de métaux de transition, tels que le nickel, le cobalt, le fer ou le manganèse, distribués de manière non uniforme à l’intérieur des particules.
Avantages de la nouvelle conception
Le cœur riche en nickel offre une haute capacité de stockage d’énergie, tandis que la coquille riche en manganèse assure la stabilité structurelle pendant les cycles de charge-décharge.
Optimisation du procédé de fabrication
La clé du succès réside dans l’optimisation de la préparation de la cathode. L’équipe a ajusté les conditions de traitement thermique pour éliminer les contraintes avant le cyclage, ce qui a permis de prévenir la formation de fissures dans les particules de cathode.
Découvertes significatives grâce aux installations de recherche
Les installations de recherche telles que la Source de Lumière Synchrotron Nationale II et la Source de Photons Avancée ont joué un rôle crucial. Elles ont permis de suivre en temps réel les changements structuraux sous des conditions de synthèse réalistes, grâce à leurs faisceaux de rayons X de haute luminosité.
Résultats des tests et prochaines étapes
Les tests en petites cellules ont montré que les cathodes préparées à un taux de chauffage plus lent maintenaient de hautes performances sur plus de 400 cycles. L’équipe travaille maintenant à éliminer le nickel de la cathode, ce qui pourrait réduire encore plus les coûts et augmenter la durabilité.
Perspectives futures
Khalil Amine, chercheur distingué à Argonne, est optimiste quant à l’avenir des batteries au sodium-ion, qui pourraient offrir un coût faible, une longue durée de vie et une densité énergétique comparable à celle des cathodes de phosphate de fer lithium actuellement utilisées dans de nombreuses batteries lithium-ion.
Avec le soutien du Bureau des Technologies des Véhicules du DOE, ces avancées pourraient rendre les véhicules électriques et les solutions de stockage d’énergie sur réseau plus accessibles et plus durables. Cette recherche marque une étape importante vers la diversification et l’amélioration de la technologie des batteries, essentielle pour répondre à la demande croissante en énergie renouvelable et en transports électriques.
L’avantage non mentionné est la capacité au froid, les batteries sodium chargent à -20c aussi rapidement qu’à +20, c’est un immense avantage sur les Li-ion et les LFP. De plus la longévité est meilleure et le coût moindre. Parfait pour une auto une motoneige en pays froid.