Ils inventent une batterie au sodium-ion qui rivalise avec les modèles au lithium-ion

Une équipe de chercheurs annonce avoir développé une batterie au sodium-ion qui rivalise avec les modèles commerciaux au lithium-ion. Cette approche pourrait, à terme, nous permettre de stocker un maximum d’énergie pour un minimum de coût.

En 2019, le Prix Nobel de chimie était attribué à Stanley Whittingham, Akira Yoshino et John Goodenough pour leurs travaux sur les batteries lithium-ion. Et pour cause : « ces batteries légères, rechargeables et puissantes sont désormais utilisées dans tous les domaines, des téléphones portables aux ordinateurs portables en passant par les véhicules électriques, avait justifié le comité. Elles peuvent également stocker d’importantes quantités d’énergie provenant de l’énergie solaire et éolienne, rendant possible une société sans combustibles fossiles ».

Ces batteries lithium-ion ont ainsi révolutionné nos sociétés. Leur importance ne doit donc pas être sous-estimée. Malgré tout, ces batteries présentent quelques limites : elles sont chères à produire, et les matière premières qui les composent se font de plus en plus rares.

Les batteries sodium-ion

Alors que le monde se tourne de plus en plus vers les énergies renouvelables, nous aurons, à terme, besoin d’une technologie bon marché, simple à développer, et capable de stocker un maximum d’énergie. C’est pourquoi, depuis plusieurs années, des chercheurs se tournent vers une autre alternative : les batteries sodium-ion.

D’une certaine manière, malgré une chimie différente, ces batteries fonctionnent comme celles au lithium-ion, générant de l’énergie en faisant rebondir les ions entre une paire d’électrodes dans un électrolyte liquide.

Le gros problème en revanche, c’est que des cristaux de sodium inactifs ont tendance à s’accumuler à la surface de l’électrode chargée négativement, la cathode, qui finit par tuer la batterie. Par ailleurs, les batteries au sodium-ion ne contiennent pas autant d’énergie que celles au lithium-ion. C’est pourquoi celles-ci ont encore l’avantage. Mais pour combien de temps encore ?

Une batterie qui rivalise avec les modèles commerciaux

Le principal défi consiste donc à permettre une densité énergétique élevée tout en autorisant une longue durée de vie de ces batteries. Une équipe de l’Université de l’État de Washington explique avoir fait un grand pas en avant en ce sens. Les détails de cette étude ont été publiés dans CS Energy Letters.

Pour contourner le problème, les chercheurs expliquent avoir produit une version avec une cathode en oxyde métallique en couches et un électrolyte liquide avec une concentration plus élevée d’ions sodium. Lors des tests, cette approche a conduit à une interaction beaucoup plus fluide entre l’électrolyte et la cathode. Il a donc été constaté un mouvement continu des ions sodium, permettant finalement d’éviter l’accumulation de cristaux inactifs à la surface de la cathode.

Résultat : la batterie offrait une capacité similaire à certaines batteries lithium-ion, avec une production d’électricité ininterrompue, et maintenant 80% de sa charge après 1000 cycles.

« Ce sont les meilleurs résultats jamais rapportés pour une batterie au sodium-ion avec une cathode en couches, montrant qu’il s’agit d’une technologie viable qui peut être comparable aux batteries au lithium-ion », assure Yuehe Lin, co-auteur de ces travaux.

Ce n’est ici qu’une étape, et les chercheurs ne comptent pas s’arrêter en si bon chemin. Ils continueront ainsi d’étudier les interactions entre leur électrolyte et la cathode dans le but d’améliorer encore davantage l’efficacité de leur batterie.

Ils souhaiteraient également éliminer l’utilisation du cobalt, un autre matériau rare fréquemment utilisé dans les cathodes des batteries lithium-ion. Il faut en effet savoir que les gisements s’épuisent. En outre, plus de la moitié des réserves de cobalt du monde se trouvent en République démocratique du Congo. Une région, on le sait, politiquement très instable.