Les batteries sodium-ion (SIB) sont des candidats chauds pour une technologie de batterie bon marché et durable, mais un problème récurrent est l'instabilité de l'anode. Une équipe chinoise de scientifiques rapporte maintenant la préparation d'un matériau composite d'anode structuré de taille submicronique qui peut s'adapter à de grands changements de volume. L'électrode au sulfure d'antimoine est facile à préparer et présente une capacité et des performances de cyclage supérieures, comme le montre une étude publiée dans le Journal européen de chimie inorganique .
Contrairement aux batteries lithium-ion (LIB), Les batteries sodium-ion reposent sur des matières premières facilement disponibles et durables. L'une des principales raisons pour lesquelles les SIB ne sont pas encore largement appliqués est l'instabilité :le gros ion sodium ne peut pas s'intégrer aussi facilement dans les électrodes que le petit ion lithium, provoquant une expansion et un rétrécissement importants des structures pendant les événements de décharge/charge. Ce problème concerne particulièrement l'anode, qui pulvérise simplement pendant les périodes de cycle plus longues. Seulement si ce problème est résolu, une batterie au sodium ionique réellement fonctionnelle peut être développée. Maintenant, Guangda Li et ses collègues de l'Université de technologie de Qilu, Jinan, Chine, ont combiné des matériaux micro et nanostructurés avec une chimie de batterie de pointe. Ils ont assemblé un matériau composite d'anode qui, grâce à sa sous-microstructure en forme de fleur, peut atténuer les changements de volume drastiques tout en montrant une conductivité et une capacité améliorées. De plus, c'était facile à préparer, les scientifiques ont rapporté.
Antimoine, ou, encore mieux, sulfure d'antimoine, sont des matériaux d'anode attrayants pour les SIB. Leurs capacités spécifiques théoriques très élevées résultent du nombre de jusqu'à trois atomes de sodium par antimoine à incorporer dans la structure lors de la décharge (qui en termes de batterie est la sodiation), lorsque le sulfure d'antimoine forme d'abord du sulfure de sodium puis des alliages d'antimoine. Pour réduire les effets des grands changements de volume, une microstructuration à une taille comprise entre les nanomatériaux et les matériaux en vrac a été proposée. À cet égard, les scientifiques de Jinan ont préparé des particules sphériques de sulfure d'antimoine ayant un diamètre de deux à trois microns. Un examen plus attentif a révélé que la surface était composée de nombreuses feuilles minces cultivées ensemble pour construire une structure en forme de fleur. Ce « bouquet de fleurs » pourrait servir de tampon efficace contre les changements de volume, mais sa conductivité et ses chemins de diffusion sont encore trop faibles pour les applications de batterie.
Par conséquent, les auteurs l'ont revêtu d'une couche de carbone en polymère polypyrrole. "Les couches de revêtement PPy ne servent pas seulement de stabilisateur structurel [...], mais peut également améliorer la conduction des sous-microsphères de sulfure d'antimoine, " ont-ils expliqué. Le matériau composite final avait une forme bien définie et répondait aux exigences techniques d'une anode à haute performance. Les auteurs ont également souligné que leur méthode de préparation était une simple technologie sol-gel à partir d'acétate d'antimoine (qui ne laisse aucun chlorure dans le produit final) en combinaison avec une étape de polymérisation/revêtement se déroulant en douceur.
Ces travaux témoignent des avancées récentes de la technologie des batteries sodium-ion. Il montre que la combinaison de stratégies de nano-ingénierie avec l'électrochimie des batteries peut conduire à des produits qui peuvent compléter ou remplacer la technologie lithium-ion actuelle.
