Batterie au sel pouvant se recharger en 5 secondes
- h2worlddaa
- 4 sept. 2024
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Batterie au sel pouvant se recharger en 5 secondes
Pour la première fois, des prototypes de batteries sodium-ion ont été développés avec des performances qui les rendent compétitives par rapport aux batteries lithium traditionnelles, et en outre capables de temps de charge courts. Il a été créé par une équipe de chercheurs du Département de science et d'ingénierie des matériaux du KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology) dirigée par Jeung Ku Kang, qui ont obtenu ce résultat en utilisant une combinaison particulière de matériaux pour les deux électrodes de la batterie. . Il s'agit d'une avancée notable dans le domaine relativement récent des batteries au sodium, qui apparaissent de plus en plus comme des alternatives plus durables, économiques et sûres aux batteries traditionnelles au lithium, considérées comme une matière première critique, notamment dans des secteurs clés tels que les véhicules électriques dont les batteries dépendent actuellement principalement du lithium.
Comment est fabriquée la batterie coréenne au sodium et comment elle se recharge en quelques secondes
Comme les batteries normales, les batteries au sodium fonctionnent par des réactions d'oxydoréduction qui produisent des ions qui sont échangés de l'électrode positive à l'électrode négative (anode et cathode respectivement), générant ainsi une différence de potentiel qui peut alimenter un courant électrique dans un circuit. Comme vous pouvez le deviner, les batteries au lithium produisent des ions lithium (Li+) tandis que les batteries au sodium produisent des ions sodium (Na+).
Comme nous le verrons plus tard, les principales limites actuelles des batteries au sodium sont la faible densité de puissance (c'est-à-dire la quantité d'énergie que peut fournir 1 kg de réactifs) et les longs temps de charge. La « faille » utilisée par KAIST pour résoudre ce problème est très simple, mais en même temps efficace. Il existe actuellement deux applications principales de la technologie sodium : les batteries au sodium et les condensateurs au sodium. Ces derniers, comme tous les condensateurs, délivrent beaucoup de puissance et peuvent donc se recharger très rapidement, mais ont une très faible densité énergétique (combien d'énergie peut délivrer 1 kg de réactifs) par rapport à une batterie, et donc une faible autonomie. L’idée est donc de créer un « hybride » avec une électrode de batterie et un condensateur, afin d’avoir le meilleur des deux mondes.
Les tentatives faites ces dernières années ont rencontré un gros problème : les deux électrodes accumulent de l'énergie à des rythmes très différents. Suivant le principe « aller au rythme le plus lent », l’électrode ayant la cinétique la plus faible fait office de goulot d’étranglement. Comme vous pouvez l’imaginer, ce déséquilibre constitue une limitation sérieuse qui empêche une concurrence directe avec les batteries au lithium commerciales. Pour pallier ce problème, les chercheurs du KAIST ont testé une anode avec des matériaux « batterie », mais avec une réactivité améliorée grâce à des matériaux actifs incorporés dans une structure carbonée poreuse : cela évite l'effet « goulot d'étranglement » entre les deux électrodes, réduisant ainsi drastiquement les temps de charge. La cathode utilise à la place des matériaux typiques des supercondensateurs, garantissant une densité de puissance élevée.
Résultat : Les prototypes de batteries au sodium KAIST ont atteint une densité énergétique maximale de 247 Wh/kg (comparable à celle d'une batterie au lithium commerciale) avec une densité de puissance de 34,75 W/kg (supérieure aux autres batteries au sodium) et une stabilité de 100 % ( c'est-à-dire aucune perte de capacité) après 5 000 cycles de charge et de décharge. En ce qui concerne les versions avec des densités de puissance plus élevées, le temps de charge minimum était d'environ 5 secondes (mais les versions avec une densité énergétique plus élevée, c'est-à-dire une plus grande autonomie, ont des temps de charge plus longs, de l'ordre d'un "maintenant"). Le graphique ci-dessous montre que globalement le prototype représente une avancée significative par rapport aux autres batteries sodium « hybrides ». Si cette voie se poursuit, elle pourrait également s’appliquer à l’avenir aux véhicules électriques, même si dans ces cas-là, le conditionnel est toujours indispensable.
La ligne rouge indique les performances des différentes versions de la batterie au sodium KAIST en termes de densité énergétique et de densité de puissance, par rapport aux autres batteries au sodium « hybrides » (bleu clair), aux batteries au sodium non hybrides (violet) et aux batteries à supercondensateur sodium ( vert). Source : KAIST
Piles au sodium vs. lithium : les avantages et les inconvénients
Pour comprendre les différences entre les deux types de batteries, nous pouvons jeter un œil au tableau périodique des éléments. Nous voyons ici que le lithium et le sodium sont chimiquement liés : ils appartiennent tous deux au premier groupe (c'est-à-dire la première colonne du tableau périodique), respectivement dans les deuxième et troisième lignes. Cela signifie qu’ils ont la même configuration électronique externe : en particulier, ils n’ont qu’un seul électron dans l’orbitale s la plus externe. En fait, les propriétés chimiques du lithium et du sodium sont très similaires : ils ont tendance à perdre cet électron très facilement.
Le tableau périodique des éléments. Le lithium est le premier élément de la deuxième période (la deuxième rangée) et le sodium est le premier élément de la troisième période (la troisième rangée).
Il existe cependant des différences qui ont des implications pratiques importantes du point de vue du développement technologique. Comparé au lithium, le sodium est au moins 500 fois plus abondant dans la nature, moins cher et plus recyclable. C'est pourquoi il a été choisi comme alternative au lithium : il a un comportement électrochimique similaire mais permet de créer des batteries moins chères, plus écologiques et aussi plus sûres, car plus stables et donc moins susceptibles de développer des incendies.
Cependant, les batteries au sodium présentent également des inconvénients par rapport aux batteries au lithium. Toujours dans le tableau périodique, nous remarquons que le sodium est plus lourd que le lithium, dont l'ion porte cependant la même charge électrique nette. Cela signifie que les batteries au sodium ont une densité énergétique plus faible, c'est-à-dire qu'elles transportent moins d'énergie pour la même masse, ce qui se traduit par une autonomie plus courte. Pour donner une idée, la densité énergétique typique d’une batterie au sodium peut être de 160 Wh/kg, tandis que celle d’une batterie au lithium commerciale est d’environ 250 Wh/kh. De plus, les électrodes ont tendance à être moins réactives, ce qui signifie des temps de charge plus longs.
Pourquoi la batterie au sodium KAIST est une grande nouvelle
Pour ces raisons, les batteries au sodium sont utilisées dans des situations où des performances élevées et une charge rapide ne sont pas nécessaires, comme les vélos à assistance électrique, mais elles peinent à trouver des applications dans des secteurs clés comme la mobilité électrique, dans lequel le lithium reste encore essentiel. avec de graves conséquences environnementales et géopolitiques. De ce point de vue, l’objectif est de faire progresser suffisamment la technologie du sodium pour la rendre compétitive, afin de disposer d’une alternative avantageuse et réduire la « dépendance au lithium » des pays occidentaux et en développement. Cependant, il faut une batterie ayant une capacité élevée, une densité énergétique élevée, une densité de puissance élevée et une cinématique rapide, et de ce point de vue, le prototype créé par KAIST est très prometteur, d'un point de vue environnemental, économique et aussi géopolitique.
Des batteries de démarrage à charge rapide sont déjà disponibles
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