Les batteries sodium-ion sont sur le point de remplacer les batteries lithium-ion pour le stockage d'énergie électrique à grande échelle. Elles offrent plusieurs avantages par rapport aux batteries lithium-ion, en particulier en raison de l'abondance généralisée de sodium.

Cependant, il est difficile de développer des cathodes au sodium, matériaux à travers lesquels les électrons peuvent entrer dans une batterie. De nombreux matériaux candidats sont instables ou ne peuvent pas supporter des tensions élevées.

Pour trouver une solution, chercheurs de l'Université Sungkyunkwan, l'Université du Texas à Austin, et Brookhaven National Laboratory s'est tourné vers la nature. Ils décrivent leur cathode de sodium inspirée des os de mammifères dans le journal Examens de physique appliquée .

"Nous pensons que la nature offre une solution très prometteuse pour résoudre les problèmes techniques, " a déclaré Ho Seok Park, l'un des auteurs. "Par conséquent, nous avons essayé de trouver l'architecture idéale qui peut résoudre ces limitations cinétiques et de stabilité."

Les structures osseuses des mammifères se composent d'un intérieur poreux, os spongieux qui permet le stockage et le transport de la moelle osseuse, entouré d'un dur, os compact, qui offre une intégrité mécanique et structurelle sous des contraintes sévères.

Suite à cette architecture de conception, le groupe a créé un système poreux de structures Na3V2(PO4)3, également connu sous le nom de NVP, entouré d'une couche dense d'oxyde de graphène réduit (rGO). La NVP est un matériau de cathode de sodium qui transporte rapidement les ions sodium mais est structurellement instable.

La configuration osseuse contribue à améliorer l'intégrité structurelle du système, réduire les dommages permanents causés par les contraintes électrochimiques et mécaniques. Pendant ce temps, la combinaison de NVP et de rGO crée un environnement plus favorable pour les ions sodium, améliorer la stabilité du système. La batterie peut se charger à des taux ultra-élevés et conserver plus de 90 % de sa capacité après 10, 000 cycles de décharge et recharge, en fonction du taux de charge.

Malgré ces avancées techniques prometteuses, les chercheurs notent que le travail n'est actuellement qu'une preuve de concept démontrant la faisabilité d'une cathode de sodium inspirée de l'os de mammifère. Des travaux supplémentaires doivent être effectués pour réaliser les utilisations technologiques du système.

"Une synthèse à grande échelle de NVP d'inspiration osseuse de haute qualité, l'optimisation de la composition et de la structure de la NVP inspirée des os, et la fabrication et le test d'électrodes avec une grande surface et une charge élevée sont considérés comme nécessaires pour des applications plus pratiques, " dit Park.