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Une équipe internationale de scientifiques a découvert qu’il était possible de produire des batteries au sodium nettement moins onéreuses que leurs homologues au lithium mais tout aussi performantes, en agençant ses atomes d’une manière particulière.

« Empiler » les atomes de sodium pour améliorer la capacité des batteries

Qu’il s’agisse des smartphones ou des ordinateurs portables, en passant par la plupart des véhicules, les batteries au lithium équipent de nombreux objets incontournables de notre quotidien. Mais aussi efficace se révèle cette technologie lancée en 1991, le lithium reste un métal alcalin onéreux et ses réserves limitées à l’échelle mondiale. Problème de taille, celui-ci fait partie des éléments chimiques les plus légers, et il est aujourd’hui difficilement envisageable de s’en passer pour la fabrication de batteries de grande capacité.

Dans le cadre de ces travaux publiés dans la revue Nano Energy, les chercheurs ont imaginé une solution alternative solide aux batteries lithium-ion, après avoir découvert que les métaux alcalins autres que le lithium présentaient également une forte intensité énergétique lorsqu’ils étaient « empilés » d’une certaine façon à l’intérieur de la cellule. Le remplaçant le plus prometteur du lithium s’avère être le sodium, qui a démontré une capacité anodique comparable lorsque deux couches superposées de ses atomes étaient placées entre des feuilles de graphène sous haute tension, simulant le processus de chargement d’une batterie.

Bien que le sodium offre des performances légèrement moindres que le lithium (335 mAh/g contre 372 mAh/g), celui-ci présente l’avantage d’être largement disponible et donc moins coûteux à exploiter.

« Plus le nombre de couches de sodium est élevé, plus la stabilité de ces structures augmente »

« Durant des années, on a cru que les atomes de lithium des batteries ne pouvaient être agencés qu’en une seule couche, sous peine de rendre le dispositif instable. Mais des expériences récentes de nos collègues allemands ont montré qu’avec les méthodes adéquates, il était possible de créer des structures multicouches stables de lithium entre des couches de graphène », explique Ilya Chepkasov, co-auteur de l’étude.

« Cela ouvre de larges perspectives pour augmenter la capacité de ces dispositifs. C’est pourquoi nous avons voulu étudier la possibilité de former des structures multicouches avec d’autres métaux alcalins, dont le sodium, en nous appuyant sur des simulations informatiques », ajoute le scientifique.

« Notre simulation montre que les atomes de lithium se lient beaucoup plus fortement au graphène, mais que l’augmentation du nombre de couches de lithium entraîne une stabilité moindre », souligne Zakhar Popov, ayant supervisé les recherches. « La tendance inverse est observée dans le cas du sodium : plus le nombre de couches de sodium est élevé, plus la stabilité de ces structures augmente, et nous espérons donc que de tels matériaux seront obtenus lors des nos expériences. »

Pour l’équipe, la prochaine étape va consister à créer une cellule expérimentale et à l’étudier en laboratoire. En cas de succès, cela pourrait déboucher sur une nouvelle génération de batteries au sodium nettement plus abordables et d’une capacité équivalente, voire supérieure, à celle des batterie Li-ion.

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