Créer de l’ordre à partir du désordre dans les batteries
Les chercheurs démontrent le transport des ions sodium dans un appareil avec une efficacité comparable à celle des batteries au lithium commerciales.
Des chercheurs suisses ont exploité le pouvoir du désordre en chimie pour développer un batterie au sodium qu’ils ont dit est plus stable que les conceptions actuelles au lithium.
Une équipe de l’Université de Genève (UNIGE) a sollicité la cristallographie – qui est une science qui associe la minéralogie, la physique et la chimie – pour analyser et comprendre les structures de matériaux appelés hydroborates ainsi que pour prédire leurs propriétés à utiliser comme électrolyte dans les batteries sodium-ion.
Les chercheurs ont appliqué cette science pour développer un électrolyte solide ininflammable composé d’un matériau capable de transporter des ions sodium d’une manière comparable à la façon dont les batteries au lithium transportent les ions lithium. La recherche ouvre la voie à des batteries plus puissantes et plus stables dans lesquelles le sodium remplace le lithium, ont-ils déclaré.
La base de ces améliorations réside dans la structure cristalline de l’électrolyte, un hydroborate composé de bore et d’hydrogène, selon les chercheurs. « Notre [research] propose des exemples de structures qui peuvent être utilisées pour créer et perturber les hydroborates », a déclaré Fabrizio Murgia, post-doctorant à la Faculté des sciences de l’UNIGE, dans un communiqué de presse.
Cette perturbation est utilisée de manière favorable pour permettre aux ions sodium de passer plus facilement autour de l’électrolyte de la batterie dans le processus de charge et de décharge énergétique.
Alternatives au lithium
En effet, les chercheurs travaillent depuis un certain temps pour remplacer les batteries à base de lithium par d’autres alternatives qui utilisent des matériaux plus faciles et moins nocifs pour l’environnement à la source. Ils recherchent également des matériaux qui n’ont pas le potentiel de prendre feu, comme le fait l’électrolyte liquide des batteries lithium-ion.
L’équipe de l’UNIGE pense que le sodium, chimiquement similaire au lithium mais plus lourd, est une alternative viable. D’autres chercheurs ont également travaillé pour prouver l’utilisation du matériau dans des conceptions de batteries commercialement viables.
« Le lithium ne se trouve pas partout sur terre, et il crée des problèmes géopolitiques similaires à ceux qui entourent le pétrole », a-t-il expliqué dans un communiqué de presse. « Le sodium est un bon candidat pour le remplacer car il a des propriétés chimiques et physiques proches du lithium et on le trouve partout. »
Cependant, le sodium présente des inconvénients par rapport au lithium en termes d’efficacité énergétique en raison de son poids plus élevé, ce que l’équipe a résolu avec son utilisation de la cristallographie appliquée à l’électrolyte hydroborate.
Créer le désordre
La structure des hydroborates elle-même permet à des sphères de bore et d’hydrogène chargés négativement d’émerger dans des espaces sphériques qui laissent suffisamment de place pour le passage des ions sodium chargés positivement, a expliqué Matteo Brighi, post-doctorant à l’UNIGE.
Cependant, c’est le désordre dans la structure du matériau créé par les chercheurs qui a permis aux charges négatives et positives de s’attirer, créant ainsi un appareil stable et efficace, a déclaré Brighi.
Lors de tests en laboratoire, l’équipe a démontré avec succès l’utilisation d’hydroborates comme électrolyte de la température ambiante à 250 degrés Celsius sans aucun problème de sécurité. Les matériaux ont également montré la capacité de stocker plus d’énergie que dans les conceptions lithium-ion.
Les chercheurs ont publié un article sur leurs travaux dans la revue Rapports cellulaires Sciences physiques, en espérant qu’il puisse être une boîte à outils pour la fabrication d’électrolytes solides pour les batteries sodium-ion.
