Une nouvelle chimie de batterie sodium-ion qui montre des performances supérieures aux batteries à base de sodium de pointe existantes pourrait être le catalyseur pour permettre la production en série de la technologie émergente pour le stockage d'énergie à grande échelle, comme dans les applications incluant le stockage de l'énergie solaire pour les sites industriels.

Malgré l'attrait du sodium en tant que produit peu coûteux, bloc de construction abondant et respectueux de l'environnement pour le stockage d'énergie, il s'agit d'un nouveau venu dans le domaine de la recherche et du développement de la technologie des batteries.

Un problème clé pour les batteries sodium-ion est que de nombreux matériaux actifs utilisés dans leur chimie sont sensibles à l'air - l'exposition à même quelques molécules d'air peut dégrader le matériau et réduire les performances de la batterie.

Cela signifie également qu'un équipement spécialisé est nécessaire pour éliminer l'air pour traiter les matériaux, faisant grimper leur coût.

Puissant et réalisable

Aborder à la fois les problématiques de performance matière et de faisabilité industrielle, des chercheurs de l'Institut des matériaux supraconducteurs et électroniques (ISEM) de l'Université de Wollongong (UOW) ont développé avec succès un matériau à base de métaux de transition qui n'est pas sensible à l'air et peut donc être produit en masse beaucoup plus facilement.

Le matériau a l'avantage supplémentaire d'une excellente stabilité en cyclisme, accroître son attrait pour les fabricants de batteries commerciales.

"L'un des problèmes récurrents pour les batteries est la durée de vie, ou combien de fois il peut charger et décharger efficacement, ", a déclaré le chercheur principal, le Dr Wenbin Luo.

« Nous avons pu nous appuyer sur des recherches antérieures pour fabriquer des cellules de batterie de preuve de concept pour montrer les performances de ce matériau, et il a montré une densité d'énergie et une durée de vie fantastiques.

"En outre, nous avons développé les procédés pour fabriquer à moindre coût et facilement ce matériau, ce qui contribue en grande partie à le rendre attrayant pour la commercialisation. »

L'étape suivante consiste à optimiser le matériau pour obtenir un maximum de cycles des batteries, qui sera un facteur clé de la viabilité commerciale des batteries sodium-ion.

"Avec de nouveaux matériaux et techniques de traitement, nous pouvons nous concentrer sur un développement ultérieur qui ouvrira la voie à la transition vers la commercialisation de cette alternative passionnante et indispensable aux batteries lithium-ion."

Ce materiel, rapporté récemment dans la revue Matériaux énergétiques avancés , a été développé dans le cadre d'une collaboration entre des chercheurs de l'ISEM et de l'Université de technologie électronique de Guilin en Chine et constitue une avancée majeure dans le développement de batteries sodium-ion pour des applications pratiques.

Du laboratoire à la ligne de production

Dans un deuxième article, également publié récemment dans la revue Matériaux énergétiques avancés , des chercheurs de l'ISEM ont été invités à examiner l'état actuel de la recherche sur les batteries sodium-ion dans le monde, en particulier les facteurs qui empêchent une commercialisation plus large de la technologie.

Le développement des batteries sodium-ion est un domaine de recherche très contesté dans le domaine des matériaux énergétiques et le document de synthèse fournit une compréhension approfondie du paysage de la recherche et du développement.

Bien que le sodium-ion ne puisse pas rivaliser avec le lithium dans l'électronique personnelle en raison de sa densité énergétique plus faible, il est considéré comme une alternative viable pour le stockage à grande échelle où la taille de la batterie est moins un problème.

À ce jour, une grande partie de la recherche s'est concentrée sur le réglage fin des matériaux pour les principaux composants de la batterie, mais peu d'accent a été mis sur la fabrication d'une cellule complète.

« La conception commerciale à cellule complète comprend l'optimisation de l'équilibrage de la capacité entre la cathode et l'anode, trouver une solution électrolytique stable, choisir les additifs et liants appropriés, sélection d'un séparateur, ainsi que les coûts de production des matières actives des électrodes et le coût global de fabrication des batteries, " dit le Dr Luo.

"Ce n'est pas toujours un processus simple, comme beaucoup de ces paramètres sont interdépendants, il y a donc beaucoup d'essais et d'erreurs dans la sélection de la meilleure combinaison de paramètres de conception.

"Notre article de synthèse montre la profondeur de la recherche montrant l'optimisation d'un seul composant ou matériau, mais aussi le manque de recherche réunissant toutes les parties de concert."

Dans le document de synthèse, les chercheurs identifient des indicateurs clés de faisabilité commerciale, y compris la stabilité au contact de l'air et de l'humidité, le coût des matériaux et de fabrication, performances électrochimiques, Cycle de vie, compatibilité anode et cathode et respect de l'environnement.

"Dans une large mesure, comment les performances cyclistes, ou la durée de vie de la batterie, satisfait aux exigences des grands systèmes de stockage d'énergie déterminera l'avancement de sa commercialisation, " dit le Dr Luo.

"Pour le stockage à grande échelle, nous devons développer des batteries qui offrent une longue durée de vie pour justifier l'investissement."