Des piles solides au sodium, plus sûres et moins chères
Une équipe de chercheurs a créé un prototype de batterie solide promettant de stocker toujours plus d’énergie, tout en gardant un haut niveau de fiabilité. La technologie est basée sur le sodium, meilleur marché et plus sûr que le lithium-ion qui domine actuellement le marché mais qui est potentiellement inflammable. Comme l’expliquent Hans Hagemann, professeur au Département de chimie physique (Faculté des sciences), et ses collègues de l’Empa (Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche) dans un article paru le 17 novembre dans la revue Energy and Environmental Science, cette avancée pourrait contribuer à répondre à la demande toujours croissante en matière de piles électriques, surtout à cause de l’essor des voitures électriques, du stockage des énergies d’origine renouvelable et autres dispositifs transportables existants ou futurs.
Une pile est constituée de trois éléments: l’anode (le pôle négatif), la cathode (le pôle positif) et l’électrolyte qui laisse passer les charges. Le problème du lithium, c’est que lors de la recharge, les ions de cet élément qui migrent de la cathode vers l’anode forment des dendrites qui peuvent provoquer des courts-circuits. Pour contourner ce risque, le lithium des anodes est remplacé par du graphite, ce qui diminue la quantité d’énergie stockable.
Les premiers tests sont encourageants. Ils ont montré que les piles solides au sodium supportent une tension de 3 volts
Les batteries dites solides au sodium évitent cet écueil et permettent de stocker davantage d’énergie. Pour Hans Hagemann et ses collègues, la difficulté a consisté à mettre au point un électrolyte ionique solide qui soit chimiquement et thermiquement stable, non toxique et qui permette au sodium de se déplacer facilement entre l’anode et la cathode. Les chercheurs ont découvert qu’une substance à base de bore, le closoborane, permet une bonne circulation du sodium, tout en étant un conducteur non organique, ôtant de ce fait tout risque d’inflammabilité de la batterie lors de la recharge.
Il a ensuite fallu assembler correctement les trois couches de la batterie, à savoir l’anode (du sodium métallique solide), la cathode (un oxyde mixte de sodium et de chrome trivalent) et l’électrolyte (du closoborane).
Les premiers tests sont encourageants. Ils ont montré que les piles solides au sodium supportent une tension de 3 volts, alors que beaucoup d’électrolytes solides précédemment étudiés sont dégradés par un tel voltage. Les scientifiques ont également soumis la batterie à un cycle de 250 recharges après lequel 85% de la capacité énergétique était encore fonctionnelle. —