Boffins interroge le mystère de la stabilité des batteries aux ions sodium • The Register

Jul 07, 2023

Le monde se rapproche peu à peu du remplacement du lithium dans les batteries par du sodium - et les chercheurs de l'Université Cornell pensent avoir trouvé un moyen d'aider à résoudre les problèmes de stabilité de la technologie naissante de stockage d'énergie.

En envoyant un faisceau de rayons X hautement synchronisé sur une batterie sodium-ion en cours de charge, les chercheurs ont déclaré qu'ils étaient capables de détecter des défauts cristallins transitoires qui ne se produisent que lorsque la batterie était en cours d'utilisation et qui disparaissent au repos, a déclaré l'équipe dans son papier.

"Si nous regardions la batterie avant et après le premier cycle de charge-décharge, nous ne verrions aucun défaut. Mais pendant l'opération, nous voyons comment les défauts se forment et s'auto-guérissent, laissant derrière eux des" cicatrices "détectables", a déclaré Andrej Singer. , chercheur principal et membre du corps professoral du département de science et d'ingénierie des matériaux de Cornell.

Les batteries sodium-ion ont été à la pointe de la recherche sur les batteries ces dernières années, mais elles se dégradent rapidement lorsqu'elles sont chargées et déchargées et ces courtes durées de vie les rendent beaucoup moins pratiques pour remplacer les batteries lithium-ion longue durée.

Bien que cette découverte puisse aider les futurs chercheurs à mieux comprendre le fonctionnement des cathodes dans les batteries à ions sodium, l'équipe a déclaré qu'elle ne comprenait toujours pas tout à fait le mécanisme de leur formation. Ils ont cependant pu utiliser la modélisation métallurgique pour prédire le mouvement des défauts transitoires à travers la cathode.

Forte de ces connaissances, l'équipe Cornell/Université de Californie, San Diego/Université de Chicago/Argonne National Laboratory prévoit maintenant d'étudier comment les défauts interagissent avec le processus de diffusion ionique lorsque la batterie se charge et se décharge. Singer a déclaré que les défauts suggèrent que la forme des particules joue un rôle dans ce processus d'interaction, ce que lui et son équipe souhaitent approfondir.

"Pendant des siècles, les forgerons ont utilisé l'ingénierie des défauts dans les métaux pour créer des matériaux plus solides et plus durables sans même s'en rendre compte", a déclaré Singer, ajoutant qu'il espère que l'utilisation d'une approche d'ingénierie des défauts pour les cathodes à ions sodium pourrait aider à résoudre le problème de stabilité.

De nombreuses industries différentes incluent la durabilité dans leurs futures feuilles de route de produits, et les batteries ne sont pas différentes. Le lithium est un matériau beaucoup plus rare et beaucoup plus cher que le sodium, qui est abondant dans le monde, chimiquement similaire au lithium et relativement peu coûteux.

Les fabricants chinois de batteries BYD et CATL ont tous deux travaillé activement sur des batteries sodium-ion qui évitent les problèmes de dégradation et il a été récemment signalé que les deux entreprises prévoyaient de mettre en service des batteries lithium-sodium mixtes dans des véhicules électriques fabriqués en Chine plus tard cette année.

Les États-Unis sont déjà devenus un retardataire dans d'autres formes de technologie de batterie, et de l'avis de tous, la Chine est prête à accaparer le marché des batteries sodium-ion une fois qu'elles auront atteint un état prêt pour la production.

Selon le New York Times, 16 des 20 usines de batteries au sodium actuellement prévues ou en construction sont situées en Chine ; dans deux ans, 95 % de la capacité mondiale de fabrication de batteries au sodium appartiendra à la Chine.

Bien qu'il soit possible de raffiner le sodium pour les batteries à partir de sources telles que le sel marin et d'autres formes de chlorure de sodium, une grande partie provient de sources telles que le carbonate de soude ou le carbonate de sodium, la plus grande source de sodium pour les applications industrielles. Le Wyoming, par exemple, abrite l'une des plus grandes sources de carbonate de sodium jamais découvertes, largement utilisée aux États-Unis et qui pourrait servir de source de sodium pour les batteries.

Le carbonate de soude naturel est beaucoup plus durable à raffiner que le lithium, mais en Chine, où la plupart des batteries aux ions sodium seront probablement fabriquées dans les prochaines années, le carbonate de soude synthétique fabriqué selon le procédé Solvay domine.

Le procédé Solvay utilisé pour fabriquer le carbonate de sodium synthétique chinois est chimiquement intensif et nécessite beaucoup de chaleur, généralement du charbon, ce qui signifie que les batteries ion-sodium chinoises ne seront probablement pas la solution durable dont le monde a besoin. ®

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