Nous connaissons tous les batteries lithium-ion (Li-ion) rechargeables et efficaces présentes dans nos smartphones, ordinateurs portables et aussi dans les voitures électriques.

Malheureusement, le lithium est une ressource limitée, ce sera donc un défi de satisfaire la demande mondiale croissante de batteries relativement bon marché. Par conséquent, les chercheurs recherchent désormais des alternatives à la batterie Li-ion.

Une alternative prometteuse consiste à remplacer le lithium par le sodium métallique pour fabriquer des batteries Na-ion. Le sodium se trouve en grande quantité dans l'eau de mer et peut en être facilement extrait.

"La batterie Na-ion est encore en développement, et les chercheurs travaillent à augmenter sa durée de vie, abaisser son temps de charge et fabriquer des batteries pouvant délivrer de nombreux watts, " déclare Dorthe Bomholdt Ravnsbæk, responsable de la recherche du Département de physique, Chimie et pharmacie à l'Université du Danemark du Sud.

Elle et son équipe sont préoccupées par le développement de nouvelles et meilleures batteries rechargeables qui peuvent remplacer les batteries Li-ion largement utilisées d'aujourd'hui.

Pour que les batteries Na-ion deviennent une alternative, de meilleurs matériaux d'électrode doivent être développés, ce qu'elle et ses collègues de l'Université de technologie et du Massachusetts Institute of Technology, ETATS-UNIS, ont examiné dans une nouvelle étude publiée dans la revue ACS Matériaux énergétiques appliqués .

Mais avant d'examiner les détails de cette étude, Voyons pourquoi la batterie Na-ion a le potentiel de devenir le prochain grand succès de la batterie.

"Un avantage évident est que le sodium est une ressource très facilement disponible, qui se trouve en très grande quantité dans l'eau de mer. Lithium, d'autre part, est une ressource limitée qui n'est exploitée que dans quelques endroits dans le monde, " explique Dorthe Bomholdt Ravnsbæk.

Un autre avantage est que les batteries Na-ion n'ont pas besoin de cobalt, qui est encore nécessaire dans les batteries Li-ion. La majorité du cobalt utilisé aujourd'hui pour fabriquer des batteries Li-ion, est extrait en République Démocratique du Congo, où la rébellion, l'exploitation minière désorganisée et le travail des enfants créent de l'incertitude et des scrupules moraux concernant le commerce du cobalt dans le pays.

Il compte également sur le côté positif que les batteries Na-ion peuvent être produites dans les mêmes usines que celles qui fabriquent les batteries Li-ion aujourd'hui.

Dans leur nouvelle étude, Dorthe Bomholdt Ravnsbæk et ses collègues ont étudié un nouveau matériau d'électrode à base de fer, manganèse et phosphore.

La nouvelle tournure du matériau est l'ajout de l'élément manganèse, ce qui non seulement donne à la batterie une tension plus élevée (volts), mais augmente également la capacité de la batterie et est susceptible de fournir plus de watts. En effet, les transformations qui se produisent au niveau atomique lors de la décharge et de la charge sont considérablement modifiées par la présence de manganèse.

"Des effets similaires ont été observés dans les batteries Li-ion, mais il est très surprenant que l'effet soit conservé dans une batterie Na-ion, puisque l'interaction entre l'électrode et les ions Na est très différente de celle des ions Li, " dit Dorthe Bomholdt Ravnsbæk.

Elle n'essaiera pas de prédire quand nous pourrons nous attendre à trouver des batteries Na-ion à base d'eau de mer dans nos téléphones et nos voitures électriques, car il y a encore des défis à résoudre. L'un des défis est qu'il peut être difficile de fabriquer de petites batteries Na-ion. Mais les grosses batteries ont aussi de la valeur - par exemple, lorsqu'il s'agit de stocker l'énergie éolienne ou solaire.

Ainsi, en 2019, une telle gigantesque batterie Na-ion de 100 kWh a été inaugurée pour être testée par des scientifiques chinois au centre de recherche en physique du delta du fleuve Yangtze. La batterie géante se compose de plus de 600 cellules de batterie Na-ion connectées, et il alimente le bâtiment qui abrite le centre. Le courant stocké dans la batterie est le courant excédentaire du réseau principal.