Des scientifiques de l'Université de Birmingham ouvrent la voie pour remplacer le lithium des batteries lithium-ion par du sodium, selon une étude publiée dans le Journal de l'American Chemical Society .

Les batteries lithium-ion (LIB) sont rechargeables et largement utilisées dans les ordinateurs portables, téléphones portables et dans les véhicules hybrides et entièrement électriques. Le véhicule électrique est une technologie cruciale pour lutter contre la pollution dans les villes et réaliser une ère de transport propre et durable.

Cependant, le lithium coûte cher et les ressources sont inégalement réparties sur la planète. De grandes quantités d'eau potable sont utilisées dans l'extraction du lithium et les techniques d'extraction deviennent de plus en plus énergivores à mesure que la demande en lithium augmente – un « objectif personnel » en termes de durabilité.

Avec la demande toujours croissante de voitures électriques, le besoin de batteries rechargeables fiables augmente considérablement, il y a donc un vif intérêt à trouver un porteur de charge autre que le lithium qui soit bon marché et facilement accessible.

Le sodium est peu coûteux et peut être trouvé dans l'eau de mer, il est donc pratiquement illimité. Cependant, le sodium est un ion plus gros que le lithium, il n'est donc pas possible de simplement le « troquer » contre du lithium dans les technologies actuelles. Par exemple, contrairement au lithium, le sodium ne s'adaptera pas entre les couches de carbone de l'anode LIB omniprésente, graphite.

Les scientifiques devaient trouver de nouveaux matériaux pour agir comme composants de batterie pour les batteries sodium-ion qui rivaliseront avec le lithium pour la capacité, vitesse de chargement, densité d'énergie et de puissance.

Exécuter des modèles de mécanique quantique sur des supercalculateurs, L'équipe du Dr Andrew Morris du département de métallurgie et des matériaux de l'Université de Birmingham a pu prédire ce qui se passe lorsque le sodium est inséré dans le phosphore.

En collaboration avec le Dr Lauren Marbella et l'équipe du Professeur Clare Grey à l'Université de Cambridge, qui a effectué les expériences qui ont vérifié les prédictions, ils ont découvert que le phosphore forme des hélices à des stades intermédiaires de charge.

Les chercheurs ont identifié la composition finale de l'électrode, qui fournit une capacité finale de porteurs de charge sept fois celle du graphite pour le même poids. Cela nous donne de nouvelles perspectives sur la façon de fabriquer des anodes à ions sodium de grande capacité.

Le Dr Andrew Morris a déclaré :« C'est une énorme victoire pour la science informatique des matériaux. Nous avons prédit comment le phosphore se comporterait en tant qu'électrode en 2016 et nous pouvions maintenant, avec l'équipe du professeur Grey pour donner un aperçu des expériences et apprendre à améliorer nos prédictions. C'est incroyable à quel point les approches combinées théorie-expérimentation sont puissantes."