Les chercheurs de l’Université Jiao Tong de Shanghai, en Chine, ont mis au point une nouvelle batterie sodium-soufre bénéficiant d’une plus grande densité de puissance et d’une capacité de décharge supérieure à celles des modèles précédents. Cette innovation représente une alternative à la fois plus économique et plus sûre que les batteries lithium-ion traditionnellement utilisées.
Besoin croissant d’énergie et défis des batteries lithium-ion
La transition vers des sources d’énergie électrique a entraîné une augmentation de la demande pour des dispositifs de stockage d’énergie. Les batteries lithium-ion, bien qu’actuellement les plus efficaces sur le plan énergétique, présentent des contraintes. En effet, les problèmes de surchauffe et de risque d’incendie limitent leur utilisation à grande échelle. Par ailleurs, la forte demande a entraîné une hausse des prix du lithium, rendant ainsi le stockage d’énergie de plus en plus coûteux.
Face à ces défis, les chercheurs explorent des alternatives à la technologie lithium-ion. Le sodium, largement disponible et peu coûteux, est étudié dans de nombreux projets de recherche à travers le monde.
L’innovation des batteries sodium-soufre
Les scientifiques de Jiao Tong ont combiné le sodium avec le soufre pour créer une batterie à haute densité énergétique. Cela fait partie d’une série de tentatives d’associer sodium et soufre, malgré des défis antérieurs. Les batteries utilisant des chimies Na-S ou S/Na2S nécessitaient en effet des quantités conséquentes de sodium mais n’offraient qu’une faible tension.
Limitations des batteries sodium-soufre traditionnelles
L’une des principales limitations de ces batteries réside dans la réaction de conversion S/Na2S au niveau de la cathode, qui n’atteint pas une tension de décharge supérieure à 1,6 V, bien en deçà des niveaux observés dans les batteries lithium-ion. Pour remédier à cela, des quantités massives de sodium doivent être utilisées, pouvant être jusqu’à dix fois plus que dans une batterie lithium, ce qui annule les avantages économiques et affecte les performances énergétiques.
Une nouvelle chimie pour des performances améliorées
Pour surmonter ces limites, les chercheurs ont innové en adoptant une chimie de redox S0/S4+, créant ainsi des batteries sans anode à haute tension. Ce nouveau design repose sur un collecteur de courant en aluminium et un cathode en S8, utilisant un électrolyte non inflammable à base de dicyanamide de sodium (NaDCA), séparé par une fibre de verre.
Cette approche a permis d’améliorer notablement la performance de la batterie, atteignant une densité énergétique maximale de 1 198 Wh/kg, une capacité de décharge de 715 mAh/g et une densité de puissance de 23 773 W/kg. De plus, l’intégration d’un catalyseur Bi-COF à la cathode a permis d’augmenter la capacité de décharge jusqu’à 1 206 mAh/g et la densité énergétique à 2 021 Wh/kg.
Coût et sécurité
Le coût estimé de cette batterie sodium-soufre est de 5,03 $ par kWh, ce qui est considérablement moins cher que ses homologues à base de lithium. En outre, la sécurité est renforcée grâce à la nature non inflammable de l’électrolyte.
Cependant, quelques défis demeurent avant la commercialisation de cette technologie. Bien que l’électrolyte soit non inflammable, il est hautement corrosif et difficile à manipuler. Sa stabilité à long terme dans des conditions d’exposition à l’air reste également incertaine.
Perspectives d’avenir
L’équipe de recherche est optimiste sur la possibilité de résoudre ces problèmes, espérant que cette technologie améliorera la sécurité des dispositifs allant des appareils portables jusqu’au stockage d’énergie à l’échelle du réseau.
Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue Nature.
FAQ
Quelle est la principale différence entre les batteries sodium-soufre et lithium-ion ?
Les batteries sodium-soufre utilisent du sodium, un matériau nettement plus abondant et moins coûteux que le lithium, ce qui en fait une alternative plus économique et potentiellement plus sûre.
Quels sont les avantages des batteries sodium-soufre en termes de sécurité ?
L’électrolyte utilisé dans les batteries sodium-soufre est non inflammable, réduisant ainsi le risque d’incendie, un problème courant avec les batteries lithium-ion.
Quel est le coût approximatif de production d’une batterie sodium-soufre ?
Le coût estimé par kWh pour une batterie sodium-soufre est d’environ 5,03 dollars, ce qui est bien inférieur à celui des batteries lithium-ion.
Quelle est la capacité de décharge d’une batterie sodium-soufre par rapport à une batterie lithium-ion ?
La capacité de décharge des batteries sodium-soufre peut atteindre jusqu’à 1 206 mAh/g, ce qui rivalise avec certaines batteries lithium-ion.
Comment les chercheurs prévoient-ils résoudre les problèmes de stabilité à long terme des batteries sodium-soufre ?
Les chercheurs travaillent actuellement sur des méthodes pour améliorer la stabilité de l’électrolyte en le rendant moins corrosif et plus durable dans le temps, tout en restant efficace dans diverses conditions.
