Des chercheurs du Helmholt-Zentrum de Berlin ont découvert comment rendre les batteries sodium-ion plus performantes et plus stables. L'équipe de scientifiques a spécifiquement concentré ses recherches sur les matériaux de cathode à utiliser dans les batteries avec cette chimie et a fait quelques découvertes intéressantes.
Tout d'abord, ils ont réalisé que les matériaux cathodiques constitués d'oxydes de métaux de transition superposés à d'autres éléments tels que le nickel et le manganèse étaient particulièrement prometteurs pour les batteries sodium-ion. Ensuite, ils ont découvert que la combinaison du matériau cathodique avec des éléments étrangers tels que le scandium ou le magnésium entraînait une sorte de dopage qui améliorait la stabilité des cathodes.
Plus de densité, moins de dégradation
Le communiqué de presse accompagnant la découverte indique :
"L'utilisation d'oxydes de métaux de transition en couches dans les matériaux de cathode permet de former des structures à l'intérieur desquelles les ions sodium peuvent être stockés pendant la décharge et libérés pendant la charge. Toutefois, il existe un risque de réactions chimiques qui, bien qu'elles améliorent initialement la densité énergétique et les performances, déclenchent des changements structurels qui entraînent une dégradation rapide de la cathode".
C'est pourquoi l'institut allemand a travaillé sur le dopage du matériau de la cathode. Les chercheurs ont sélectionné des éléments dont le rayon ionique est similaire à celui du nickel, mais dont la couche de valence est différente.
"Les résultats obtenus avec le scandium et le magnésium nous ont surpris. Le dopage au scandium et au magnésium n'a pas affecté les performances, mais a considérablement réduit les changements structurels". - Dr Katherine Mazzio, membre de l'équipe scientifique
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De la Chine au monde
Les batteries sodium-ion sont en passe de devenir une réalité. Cette technologie, qui est restée enfermée dans les laboratoires pendant des années, est déjà disponible dans quelques voitures électriques chinoises et suscite un intérêt croissant de la part des constructeurs automobiles et des producteurs de batteries.
JAC Yiwei 3, une voiture équipée de batteries sodium-ion qui sera vendue en Chine, mais aussi en Amérique centrale et en Amérique du Sud.
La raison de leur attrait est précisément le sodium, un matériau bon marché et largement utilisé qui les rend moins chères et plus faciles à produire que les batteries lithium-ion classiques. En revanche, elles présentent l'inconvénient d'avoir une densité énergétique plus faible et, par conséquent, à taille et poids égaux, elles offrent moins d'autonomie.
Des études comme celle du Helmholt-Zentrum de Berlin permettront à l'avenir de produire des batteries sodium-ion plus performantes et plus durables.