La plupart des batteries d'aujourd'hui sont composées de lithium rare extrait des montagnes d'Amérique du Sud. Si le monde épuise cette source, alors la production de batteries pourrait stagner.

Le sodium est une alternative très bon marché et abondante sur terre à l'utilisation de batteries lithium-ion qui sont également connues pour devenir violettes et s'enflammer si elles sont exposées à l'eau, même simplement à l'eau dans l'air.

Les efforts mondiaux pour rendre les batteries sodium-ion aussi fonctionnelles que les batteries lithium-ion ont depuis longtemps contrôlé la tendance du sodium à exploser, mais pas encore résolu comment empêcher les ions sodium de "se perdre" pendant les premières fois qu'une batterie se charge et se décharge. Maintenant, Les chercheurs de l'Université Purdue ont créé une version en poudre de sodium qui résout ce problème et retient correctement la charge.

« L'ajout de poudre de sodium fabriquée pendant le traitement des électrodes ne nécessite que de légères modifications du processus de production de la batterie, " dit Vilas Pol, Purdue professeur agrégé de génie chimique. « C'est un moyen potentiel de faire progresser la technologie des batteries sodium-ion vers l'industrie. »

L'étude a été mise en ligne en juin 2018 avant d'être imprimée le 31 août. 2018 dans le Journal des sources d'énergie .

Ce travail s'aligne sur la célébration des pas de géant de Purdue, reconnaissant les avancées mondiales de l'université dans le domaine de la santé, espacer, intelligence artificielle et durabilité dans le cadre du 150e anniversaire de Purdue. Tels sont les quatre thèmes du Festival des idées de la célébration de l'année, conçu pour présenter Purdue comme un centre intellectuel résolvant des problèmes du monde réel.

Même si les batteries sodium-ion seraient physiquement plus lourdes que la technologie lithium-ion, les chercheurs ont étudié les batteries sodium-ion car elles pourraient stocker de l'énergie pour de grandes installations solaires et éoliennes à moindre coût.

Le problème est que les ions sodium collent à l'extrémité en carbone dur d'une batterie, appelé anode, pendant les cycles de charge initiaux et ne pas se déplacer jusqu'à l'extrémité cathodique. Les ions s'accumulent dans une structure appelée "interface d'électrolyte solide".

"Normalement, l'interface d'électrolyte solide est bonne car elle protège les particules de carbone de l'électrolyte acide d'une batterie, où l'électricité est conduite, " a déclaré Pol. "Mais une trop grande partie de l'interface consomme les ions sodium dont nous avons besoin pour charger la batterie."

Les chercheurs de Purdue ont proposé d'utiliser le sodium sous forme de poudre, qui fournit la quantité de sodium nécessaire à l'interface électrolyte solide pour protéger le carbone, mais ne s'accumule pas de manière à consommer des ions sodium.

Ils ont minimisé l'exposition du sodium à l'humidité qui le ferait brûler en fabriquant la poudre de sodium dans une boîte à gants remplie d'argon gazeux. Pour faire la poudre, ils ont utilisé une échographie - le même outil utilisé pour surveiller le développement d'un fœtus - pour faire fondre des morceaux de sodium en un liquide violet laiteux. Le liquide s'est ensuite refroidi en une poudre, et a été mis en suspension dans une solution d'hexane pour disperser uniformément les particules de poudre.

Quelques gouttes de suspension de sodium sur les électrodes d'anode ou de cathode au cours de leur fabrication permettent à une cellule de batterie sodium-ion de se charger et de se décharger avec plus de stabilité et à une capacité plus élevée, les exigences minimales pour une batterie fonctionnelle.