Des chercheurs du Nagoya Institute of Technology (NITech) au Japon ont démontré qu'un matériau spécifique peut agir comme un composant de batterie efficace pour les batteries sodium-ion qui concurrenceront les batteries lithium-ion pour plusieurs caractéristiques de batterie, surtout la vitesse de charge.

La découverte a été publiée dans Rapports scientifiques en novembre 2018 et l'étude était dirigée par Naoto Tanibata, Doctorat., professeur assistant au département de céramique avancée de NITech.

Les batteries lithium-ion populaires présentent plusieurs avantages :elles sont rechargeables et ont un large éventail d'applications. Ils sont utilisés dans des appareils tels que les ordinateurs portables et les téléphones portables, ainsi que dans les voitures hybrides et entièrement électriques. Le véhicule électrique, technologie vitale pour lutter contre la pollution dans les zones rurales ainsi que pour inaugurer des transports propres et durables, est un acteur important dans les efforts pour résoudre les crises énergétique et environnementale. Un inconvénient du lithium est le fait qu'il s'agit d'une ressource limitée. Non seulement c'est cher, mais sa production annuelle est (techniquement) limitée (en raison du processus de séchage). Compte tenu de la demande accrue d'appareils alimentés par batterie et en particulier de voitures électriques, la nécessité de trouver une alternative au lithium, à la fois bon marché et abondante, devient urgente.

Les batteries sodium-ion sont une alternative intéressante aux batteries lithium-ion pour plusieurs raisons. Le sodium n'est pas une ressource limitée, il est abondant dans la croûte terrestre ainsi que dans l'eau de mer. Aussi, Les composants à base de sodium ont la possibilité de produire un temps de charge beaucoup plus rapide compte tenu de la conception appropriée de la structure cristalline. Cependant, le sodium ne peut pas être simplement échangé avec le lithium utilisé dans les matériaux de batterie actuels, car il a une plus grande taille d'ions et une chimie légèrement différente. Par conséquent, les chercheurs sont chargés de trouver le meilleur matériau pour la batterie sodium-ion parmi un grand nombre de candidats par une approche par essais et erreurs.

Les scientifiques de NITech ont trouvé un moyen rationnel et efficace de contourner ce problème. Après avoir extrait environ 4300 composés d'une base de données de structure cristalline et après un calcul à haut débit de ces composés, l'un d'eux a donné des résultats favorables et était donc un candidat prometteur en tant que composant de batterie sodium-ion. Les chercheurs ont identifié que Na 2 V 3 O 7 démontre des performances électrochimiques souhaitables ainsi que des structures cristallines et électroniques. Ce composé promet des performances de charge rapide, car il peut être chargé de manière stable dans les 6 minutes. Les chercheurs ont également démontré que le composé offre une longue durée de vie de la batterie ainsi qu'un temps de charge court.

"Notre objectif était de surmonter le plus grand obstacle auquel les batteries à grande échelle sont confrontées dans des applications telles que les voitures électriques qui dépendent fortement de longues durées de charge. Nous avons abordé le problème via une recherche qui produirait des matériaux suffisamment efficaces pour augmenter les performances de taux d'une batterie".

Malgré les caractéristiques favorables et l'impact global souhaité sur les batteries sodium-ion, les chercheurs ont découvert que Na 2 V 3 O 7 a subi une détérioration dans les étapes de charge finales, ce qui limite la capacité de stockage pratique à la moitié de celle théorique. En tant que tel, dans leurs futures expériences, les chercheurs visent à se concentrer sur l'amélioration des performances de ce matériau afin qu'il puisse rester stable pendant toute la durée des étapes de charge. "Notre objectif ultime est d'établir une méthode qui nous permettra de concevoir efficacement des matériaux de batterie via une combinaison de méthodes informatiques et expérimentales, " ajoute le Dr Tanibata.