Des chercheurs ont développé une batterie au sodium entièrement solide, capable de maintenir ses performances à des températures négatives. Développée par des chercheurs de l'Université de Californie à San Diego, cette batterie pourrait remplacer les appareils électriques au lithium.
Les chercheurs ont également révélé que le sodium est une alternative bon marché, abondante et moins nocive, mais les batteries entièrement solides qu'ils ont créées actuellement ne fonctionnent pas bien à température ambiante.
Les ingénieurs ont chauffé une forme semi-stable d'hydridoborate de sodium jusqu'à ce qu'elle commence à cristalliser, puis l'ont refroidie rapidement pour stabiliser cinétiquement la structure cristalline. Cette technique, largement reconnue, n'avait pourtant jamais été appliquée à un électrolyte solide.
Cette familiarité pourrait aider à transformer cette innovation de laboratoire en un véritable produit à l’avenir, affirment les chercheurs.
« Il ne s'agit pas de choisir entre le sodium et le lithium, nous avons besoin des deux », a déclaré la professeure Y. Shirley Meng, de la Pritzker School of Molecular Engineering de l'Université de Chicago (UChicago PME - États-Unis). « Lorsque nous réfléchissons aux futures solutions de stockage d'énergie, nous devons imaginer une même usine géante capable de produire des produits à base de lithium et de sodium. Cette nouvelle recherche nous rapproche de cet objectif ultime tout en faisant progresser la science fondamentale. »
L’équipe note également que la chimie du sodium est intéressante, mais l’électrolyte solide au sodium présente une conductivité ionique limitée à température ambiante.
Les travaux du groupe de l'UC San Diego combinent des données informatiques et expérimentales pour évaluer la nature métastable de l'hydridoborate de sodium et démontrent qu'un refroidissement rapide du régime de cristallisation verrouille la dynamique de la phase orthorhombique avec une migration rapide de Na+.
Les batteries au sodium à l’état solide offrent l’espoir d’une solution énergétique moins dommageable pour l’environnement.
Les chercheurs notent que lorsqu'elle est combinée à une cathode recouverte d'électrolyte solide à base de chlorure, cette phase superstable permet la création de cathodes composites denses à charge surfacique élevée qui maintiennent leurs performances à des températures inférieures à zéro.
« Le principe de base étant de stabiliser cinétiquement la structure anionique favorisant la diffusion, cette approche est transférable aux hydridoborates apparentés et à d'autres chimies de clusters anioniques. Ces travaux fournissent une stratégie de conception pratique et des directives de traitement pour les électrolytes solides hautes performances », rapporte l'équipe.
Le co-auteur Sam Oh de l'Institut A*STAR pour la recherche et l'ingénierie des matériaux à Singapour a déclaré que la recherche contribue à mettre le sodium sur un pied d'égalité avec le lithium en termes de performances électrochimiques.
Notre avancée majeure réside dans la stabilisation d'une structure semi-stable jamais décrite auparavant. Cette structure semi-stable d'hydridoborate de sodium présente une conductivité ionique très élevée, supérieure d'au moins un ordre de grandeur à celle rapportée dans la littérature, et de trois à quatre ordres de grandeur à celle du précurseur lui-même.
Cette recherche offre la perspective d'utiliser une matière première bien moins chère et plus facilement disponible que le lithium. Depuis de nombreuses années, parallèlement au développement des appareils numériques portables, l'humanité doit faire d'importants compromis environnementaux lors de l'extraction et du raffinage du lithium.
Source : https://khoahocdoisong.vn/pin-natri-the-ran-co-trien-vong-thay-the-cho-cac-loai-pin-lithium-post2149056855.html
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