Un nouveau matériau d’anode promet de permettre aux batteries au sodium de se charger aussi vite que les batteries au lithium-ion sans formation de dendrites
Lorsqu’il s’agit d’architectures de batteries alternatives susceptibles d’offrir de meilleures performances, il existe de nombreuses possibilités intéressantes et un obstacle très courant. Des excroissances en forme d’aiguille appelées dendrites se forment sur l’électrode et entravent les performances de nombreuses batteries expérimentales prometteuses, mais une équipe de l’université du Texas (UT) à Austin propose une solution particulièrement écologique, en exploitant une nouvelle technique de fabrication comparable à la superposition de pâtisseries.
La technologie au centre de cette recherche est ce que l’on appelle une batterie au sodium, une proposition intéressante car elle évite les métaux lourds comme le lithium et le cobalt utilisés dans les batteries actuelles. L’extraction de ces matériaux est liée à des impacts environnementaux tels que la pollution des réserves d’eau et la dégradation des sols, ainsi qu’à des problèmes de droits de l’homme liés au travail des enfants.
Le sodium, en revanche, est bon marché et abondant, et promet une solution plus écologique pour le stockage de l’énergie. Cependant, les efforts déployés pour amener leurs performances au niveau de celles des batteries lithium-ion d’aujourd’hui se heurtent à quelques problèmes, dont le principal est celui de la formation de dendrites. Ces dendrites ont tendance à se développer sur l’anode, l’électrode qui stocke les ions dans une batterie chargée, lorsque le dispositif est soumis à des cycles, et peuvent provoquer un court-circuit, une surchauffe ou un incendie.
L’objectif est de déposer le matériau de l’anode aussi uniformément que possible, les moindres imperfections de la surface donnant aux dendrites le départ dont elles ont besoin pour défaire l’ensemble du dispositif. Les chercheurs de l’UT Austin pensent avoir trouvé une solution à ce problème, grâce à un matériau composite appelé intermétallique sodium-antimoine-telluride, qui sert d’anode.
Ce matériau est formé de fines feuilles de sodium métallique, qui sont roulées sur une poudre de tellurure d’antimoine et repliées sur elles-mêmes. Ce processus est répété à l’infini pour former le matériau de l’anode et conduit à une distribution très uniforme des atomes de sodium, ce qui réduit la probabilité de formation de dendrites.
« Pensez à la fabrication d’une sorte de pâtisserie en couches, comme la spanakopita » (pâte feuilletée ou pâte filo), explique l’auteur de l’étude, David Mitlin, qui a conçu le matériau.
Une nouvelle anode sodium-métal pour les batteries rechargeables résiste à la formation de dendrites (à gauche), un problème courant avec les anodes sodium-métal standard, comme on peut le voir à droite.
Le matériau composite ne se contente pas de prévenir la formation de dendrites et d’améliorer la stabilité de la batterie au sodium. Les scientifiques notent qu’il présente une densité d’énergie théorique supérieure à celle de toutes les anodes sodium-ion existantes et pourrait donc conduire à une plus grande capacité de stockage, et lui permet également de se charger au même rythme qu’une batterie lithium-ion.
« Nous résolvons essentiellement deux problèmes à la fois », déclare David Mitlin. « Typiquement, plus vous chargez rapidement, plus vous développez ces dendrites. Donc, si vous supprimez la croissance des dendrites, vous pouvez charger et décharger plus rapidement, car tout d’un coup, c’est sûr. »
