Le professeur Yuk et ses deux doctorants Parks. Crédit :KAIST
Les chercheurs ont présenté une nouvelle stratégie pour étendre la cyclabilité des batteries sodium-ion en utilisant du sulfure de cuivre comme matériau d'électrode. Cette stratégie a conduit à des réactions de conversion de haute performance et devrait faire progresser la commercialisation des batteries sodium-ion à mesure qu'elles apparaissent comme une alternative aux batteries lithium-ion.
L'équipe du professeur Jong Min Yuk a confirmé le mécanisme de stockage stable du sodium à l'aide de sulfure de cuivre, un matériau d'électrode supérieur qui est tolérant à la pulvérisation et induit une récupération de capacité. Leurs résultats suggèrent que lors de l'utilisation du sulfure de cuivre, Les batteries sodium-ion auront une durée de vie de plus de cinq ans avec une charge par jour. Encore mieux, sulfure de cuivre, composé de matériaux naturels abondants tels que le cuivre et le soufre, a une meilleure compétitivité-coût que les batteries lithium-ion, qui utilisent du lithium et du cobalt.
Les matériaux de type intercalation tels que le graphite, qui servent de matériaux d'anode commercialisés dans les batteries lithium-ion, n'ont pas été viables pour le stockage de sodium de grande capacité en raison de leur espacement intercalaire insuffisant. Ainsi, des matériaux de type réaction de conversion et d'alliage ont été explorés pour atteindre une capacité plus élevée dans la partie anodique. Cependant, ces matériaux provoquent généralement des expansions volumiques importantes et des changements cristallographiques brusques, ce qui entraîne une grave dégradation de la capacité.
L'équipe a confirmé que les interfaces de phases semi-cohérentes et les joints de grains dans les réactions de conversion jouaient un rôle clé en permettant des réactions de conversion tolérantes à la pulvérisation et la récupération de capacité, respectivement.
Modèle schématique démontrant les joints de grains et les formations d'interfaces de phase. Crédit :KAIST
La plupart des matériaux de batterie de type réaction de conversion et d'alliage subissent généralement de graves dégradations de capacité en raison de structures cristallines complètement différentes et d'une expansion volumique importante avant et après les réactions. Cependant, les sulfures de cuivre ont subi une transformation cristallographique progressive pour rendre les interfaces semi-cohérentes, qui a finalement empêché la pulvérisation des particules. Sur la base de ce mécanisme unique, l'équipe a confirmé que le sulfure de cuivre présente une capacité élevée et une stabilité de cycle élevée indépendamment de sa taille et de sa morphologie.
Le professeur Yuk a dit, "Les batteries sodium-ion utilisant du sulfure de cuivre peuvent faire progresser les batteries sodium-ion, qui pourraient contribuer au développement de systèmes de stockage d'énergie à faible coût et résoudre le problème des micro-poussières"
