Des batteries sodium-ion développées par un fabricant chinois égalent les performances des batteries lithium-ion de Tesla
Une batterie sodium-ion largement utilisée, développée par le fabricant chinois Hina, a atteint des niveaux de performance et de qualité de fabrication comparables à ceux des batteries lithium-ion de Tesla, selon des recherches publiées dans le journal Cell Reports Physical Science de Cell Press.
Les résultats suggèrent que la technologie sodium-ion pourrait devenir une alternative moins coûteuse pour les véhicules électriques futurs et les systèmes de stockage d’énergie à grande échelle. Cependant, pour atteindre cet objectif, la batterie devra encore être améliorée en matière de charge à basse température et de densité énergétique. Contrairement au lithium, le sodium est abondant et facilement disponible, ce qui en fait un matériau attrayant pour réduire les coûts des batteries et les préoccupations liées à la chaîne d’approvisionnement.
Moritz Schütte, chercheur en batteries à l’université RWTH Aachen en Allemagne, souligne que « la combinaison d’une bonne uniformité, d’une haute capacité de puissance et d’une forte performance à basse température rend ces cellules attrayantes pour le stockage stationnaire, les services de réseau, et les véhicules à usage commercial ou à courte portée, où le coût potentiel et la disponibilité des ressources importent davantage que l’autonomie maximale. »
Évaluation des batteries sodium-ion par rapport à la technologie Tesla
Pour évaluer la batterie Hina, Schütte et ses collègues ont examiné 120 cellules sodium-ion à l’aide de la spectroscopie d’impédance, une méthode non destructive qui me l’uniformité des batteries. Les chercheurs ont ensuite testé les cellules dans diverses conditions d’exploitation réelles, en mesurant la performance à différents niveaux de courant et à des températures allant de -20 °C à 45 °C. L’équipe a également utilisé des rayons X pour examiner les batteries en interne avant de les démonter pour analyser les dimensions des électrodes, la composition des matériaux et les caractéristiques structurales microscopiques.
Une découverte notable a été le design des collecteurs de courant à double aluminium sans languette. Cette configuration aide à réduire la résistance électrique et favorise une distribution thermique plus uniforme à l’intérieur de la cellule. Les chercheurs ont noté que ce design ressemble étroitement à l’architecture actuellement utilisée dans les batteries Tesla.
Forces et défis restants
Malgré ces résultats encourageants, les chercheurs ont identifié plusieurs domaines où la batterie sodium-ion reste inférieure aux technologies lithium-ion de pointe. Schütte a déclaré que « la performance à haute puissance était meilleure que ce que l’on pourrait attendre d’un produit sodium-ion commercial précoce. » Cependant, pour les applications nécessitant des charges fréquentes à basse température ambiante, une gestion thermique appropriée ou des stratégies d’exploitation seront essentielles, car la charge à basse température demeure une faiblesse claire.
L’équipe a également détecté des concentrations de cuivre inattendues dans certaines régions de la cathode de la batterie, avec une distribution inégale. Selon Schütte, cette découverte « soulève des questions intéressantes sur son rôle dans la performance et le vieillissement. »
Importance future du sodium pour les batteries
Étant donné que le sodium est beaucoup plus abondant et disponible que le lithium, les fabricants pourraient potentiellement réduire les coûts des matières premières tout en diminuant les risques à long terme liés à la chaîne d’approvisionnement. Les batteries sodium-ion conservent également de bonnes performances sous charge dans des conditions froides, ce qui les rend attrayantes pour les systèmes de stockage d’énergie stationnaires et les applications mobiles fonctionnant dans des climats plus froids.
Cependant, Schütte a précisé que « les cellules sodium-ion commerciales actuelles présentent généralement une densité énergétique inférieure à celle des meilleures cellules lithium-ion, et la technologie est globalement moins mature. »
Prochaines étapes pour la recherche sur les batteries sodium-ion
Les chercheurs prévoient de se concentrer sur l’amélioration de la performance de charge à basse température, avec l’objectif de permettre une charge plus sûre et plus efficace en dessous de 0 °C. Un travail supplémentaire explorera également des moyens d’optimiser les matériaux utilisés dans les batteries sodium-ion.
« Des avancées dans les anodes en carbone dur et les formulations d’électrolytes pourraient être particulièrement prometteuses, » a-t-il ajouté. Cette étude a été soutenue par le ministère fédéral de la Recherche, de la Technologie et de l’Espace, ainsi que par le ministère fédéral des Affaires économiques et de l’Énergie.
Source : Cell Reports Physical Science
