« Ce plastique miracle stocke l’énergie sans feu » : les batteries sodium australiennes durent 5 000 heures à 80 degrés et humilient le lithium sur le prix

Un nouveau matériau solide, semblable à du plastique, a été mis au point par des chercheurs de l’Institut australien de bioingénierie et de nanotechnologie de l’Université du Queensland. Ce matériau innovant, utilisé dans les batteries métalliques au sodium, promet d’améliorer le stockage d’énergie à l’échelle des réseaux. En effet, ce nouveau matériau a montré des résultats prometteurs lors des tests. En particulier, une batterie utilisant ce matériau a fonctionné pendant plus de 5 000 heures à 80 °C, tout en conservant plus de 91 % de sa capacité après 1 000 cycles de charge. Ce niveau de performance est crucial pour l’utilisation potentielle des batteries au sodium dans le stockage d’énergie renouvelable.

Problème de sécurité connu

Les batteries métalliques au sodium sont envisagées comme une alternative potentielle aux batteries lithium-ion en raison du faible coût et de l’abondance du sodium. Cependant, leur utilisation a été limitée par des préoccupations de sécurité. Le principal problème réside dans l’électrolyte de la batterie, le médium qui facilite le mouvement des ions. La plupart des batteries conventionnelles utilisent un électrolyte liquide, qui est inflammable.

« Ces liquides sont inflammables et peuvent surchauffer, provoquant des incendies comme nous l’avons vu dans les véhicules électriques et les batteries de trottinettes électriques », explique le Dr Zhang.

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Ces incendies sont souvent déclenchés par la formation de dendrites, de petites pointes métalliques acérées pouvant croître à l’intérieur de la batterie et provoquer des courts-circuits. Pour résoudre ce problème, le Dr Zhang et l’étudiant en doctorat Zhou Chen ont créé un nouvel électrolyte solide, un copolymère à blocs fluoré appelé P(Na3-EO7)-PFPE. Ce matériau solide, semblable à du plastique, n’est pas inflammable et est conçu pour inhiber la croissance des dendrites.

Structure interne du matériau

Les chercheurs ont conçu la structure interne du matériau sous une formation cubique à corps centré. Cette structure crée des tunnels microscopiques permettant aux ions sodium de se déplacer efficacement à travers le matériau.

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« En ajustant la disposition pour former ce que l'on appelle une structure cubique à corps centré, nous avons pu améliorer les tunnels naturellement formés par le matériau », conclut Zhou.

Cela a permis aux ions sodium de se déplacer aussi facilement et efficacement que dans les batteries au lithium, tout en réduisant le risque d'accumulation nuisible comme les dendrites. Bien que les résultats des tests à haute température soient une étape importante, l'équipe se concentre maintenant sur la prochaine phase de recherche. L'objectif immédiat est d'atteindre une performance similaire à température ambiante.

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Étapes vers la commercialisation

Les chercheurs du monde entier ont intensifié leurs efforts pour commercialiser les batteries à l'état solide au sodium. Récemment, une autre avancée a été réalisée : des chercheurs ont proposé que les batteries solides au sodium puissent enfin fonctionner à température ambiante, voire à des températures inférieures à zéro. Cette découverte élève le niveau de référence pour les batteries au sodium, une technologie qui a rencontré des difficultés dans des conditions réelles.

Leur étude démontre que des cathodes épaisses en sodium peuvent fonctionner à température ambiante et jusqu'à des températures glaciales. Auparavant, une étude menée par des chercheurs de l'Université des sciences de Tokyo avait montré que le dopage d'une cathode de batterie à ions sodium avec du scandium peut améliorer sa stabilité lors des cycles. Lors des tests, ils ont remarqué qu'une cellule pleine de type pièce utilisant la cathode modifiée a conservé 60 % de sa capacité après 300 cycles de charge-décharge.

Vers un avenir énergétique durable

À mesure que les préoccupations environnementales et les besoins énergétiques mondiaux augmentent, le développement de technologies de stockage d'énergie efficaces devient crucial. Les batteries métalliques au sodium, grâce à leurs avantages économiques et leur abondance en matières premières, offrent une alternative viable aux solutions actuelles.

Les innovations récentes, telles que le développement du nouvel électrolyte solide, marquent une avancée significative vers des applications à grande échelle. Cependant, des défis subsistent, notamment en ce qui concerne l'optimisation des performances à température ambiante et la réduction des coûts de production. Quelle sera alors la prochaine étape pour ces technologies prometteuses dans la transition énergétique mondiale ?