Les avancées des batteries sodium-soufre
Les batteries sodium-soufre font face à un défi majeur : leur détérioration rapide. Une équipe de chercheurs en Chine a récemment proposé une solution en redéfinissant un catalyseur en aluminium. Cette innovation pourrait transformer la manière dont nous stockons l’énergie renouvelable à grande échelle.
Le principal changement réside dans l’échange d’un seul atome dans la structure du catalyseur, ce qui conduit à une amélioration notable des performances des batteries.
Information clé à retenir
Sous la direction des professeurs Wang Hui et Zheng Fangcai, ce projet a été mené au Laboratoire de Haut Champ Magnétique de l’Académie Chinoise des Sciences à Hefei. En utilisant ce nouveau catalyseur en aluminium à un atome, les batteries ont montré une stabilité accrue lors des cycles de charge et décharge répétés, tandis que les réactions à l’intérieur des batteries se sont accélérées.
Lors des tests en laboratoire, la cathode à base d’aluminium a affiché une capacité de stockage de 1 196 milliampères-heures par gramme après 100 cycles. De plus, sur la durée de 2 500 cycles consécutifs, la perte de capacité n’était que de 0,017 % par cycle. Cet avantage de performance est dû à la redéfinition du catalyseur, utilisant un aluminium modifié, un métal à la fois répandu et peu coûteux, souvent trouvé dans les canettes de soda.
Contexte supplémentaire
Les opérateurs de réseau électrique pourraient considérer les batteries sodium-soufre comme une alternative moins coûteuse aux batteries au lithium pour le stockage d’électricité renouvelable. La disponibilité et le faible coût du sodium en font un candidat attrayant pour le stockage à grande échelle de l’énergie.
Cependant, la durée de vie d’une batterie sodium-soufre peut être affectée par la perte de matériau actif de sa cathode. Cela se produit lorsque des composés intermédiaires, appelés polysulfures de sodium, se forment à l’intérieur de la batterie et s’échappent.
Bien que l’aluminium soit avantageux en raison de son coût bas et de son caractère non toxique, les catalyseurs traditionnels fabriqués à partir de ce métal n’avaient pas l’activité chimique suffisante pour maintenir les polysulfures en place. Des recherches antérieures ont impliqué des métaux précieux comme le platine, le cobalt et le nickel pour tenter de contrôler ces réactions.
Quelles actions sont prises ?
Pour l’équipe de Hefei, le but était de booster l’activité catalytique de l’aluminium en redessinant ses environs atomiques immédiats. La nouvelle structure Al–O3N a placé un atome d’azote à côté de trois atomes d’oxygène autour de chaque atome d’aluminium. En remplaçant un atome d’oxygène par de l’azote dans la structure typique où quatre oxygènes entourent un atome d’aluminium, les chercheurs ont modifié la réactivité.
Cette modification a permis aux substances contenant du soufre d’interagir plus efficacement avec les sites en aluminium. Cette amélioration est due à une disposition inégale des atomes voisins, redistribuant les élections autour de l’aluminium et créant une charge électrique localisée forte. En conjuguant le faible coût de l’aluminium avec des performances prolongées, la stockage d’énergie renouvelable pourrait devenir plus abordable pour les entreprises et les fournisseurs d’énergie.
Les chercheurs ont déclaré : « Ces résultats soulignent l’importance de l’environnement atomique local pour déterminer l’activité catalytique des catalyseurs à un atome et ouvrent de nouvelles perspectives pour concevoir des catalyseurs efficaces basés sur des métaux de la famille principale. »
Comment en apprendre davantage ?
La quête pour des solutions de stockage d’énergie durables ne s’arrête pas aux batteries sodium-soufre. Elle englobe également la technologie des batteries sodium-ion et des électrodes repensées.
-
Un nouvel index révèle à quel moment les batteries sodium-ion moins coûteuses peuvent remplacer la technologie lithium-ion.
-
Les batteries sodium-ion commencent à émerger dans le domaine des véhicules électriques et du stockage domestique, sans dépendre du lithium ou du cobalt.
-
Dans le Colorado, un locataire explorant des batteries à sel pour le stockage solaire a reçu des recommandations en faveur de solutions plus sûres comme le LiFePO4.
-
Une équipe allemande a mis au point des électrodes de batterie plus épaisses, ce qui pourrait accroître la densité d’énergie de 15 %.
FAQ
Qu’est-ce qu’une batterie sodium-soufre ?
Une batterie sodium-soufre est un type de batterie qui utilise du sodium et du soufre comme matériaux actifs, offrant une alternative potentielle moins coûteuse aux batteries lithium-ion.
Quel est l’avantage de l’aluminium comme catalyseur ?
L’aluminium présente l’avantage d’être un métal abondant, peu coûteux et non toxique, ce qui le rend idéal pour la recherche dans les technologies de batteries.
Comment les polysulfures de sodium affectent-ils la durée de vie des batteries ?
La formation et la migration des polysulfures de sodium peuvent entraîner la perte de matériau actif de la cathode, écourtant la durée de vie de la batterie.
Existe-t-il d’autres technologies de batteries en développement qui rivalisent avec le sodium ?
Oui, des technologies comme les batteries sodium-ion et même des innovations dans les électrodes de batteries traditionnelles sont en cours de recherche pour améliorer le stockage d’énergie.
Pourquoi est-il important de trouver des alternatives aux batteries lithium-ion ?
Les alternatives comme les batteries sodium-soufre ou sodium-ion sont nécessaires pour réduire la dépendance aux ressources limitées comme le lithium et pour offrir des options de stockage d’énergie plus durables et accessibles.
