fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs chinois ont mis au point un nouvel électrolyte quasi-solide permettant aux batteries sodium-métal d’offrir une charge plus rapide, une durée de vie plus longue et une sécurité accrue.
Une équipe de recherche de l’Université du Sud-Est (Southeast University), en collaboration avec HiNa Battery Technology et l’Université de Yangzhou, a conçu un électrolyte à double médiation visant à résoudre deux problèmes majeurs des batteries sodium-métal : la lenteur du transport des ions sodium, ainsi que la croissance dendritique et la défaillance de la batterie causées par des réactions interfaciales instables.
Les batteries sodium-ion suscitent un intérêt croissant ces dernières années en raison de l’abondance du sodium et des contraintes moindres sur la chaîne d’approvisionnement, ce qui en fait une alternative économique aux systèmes lithium-ion. Cependant, dans la pratique, la charge rapide sans compromettre la durée de vie reste un défi majeur.
L’équipe de recherche rapporte que le nouvel électrolyte atteint un nombre de transport des ions sodium de 0,94, tout en maintenant une conductivité ionique de 1,3 mS cm⁻¹. À titre de comparaison, les électrolytes quasi-solides traditionnels affichent généralement un nombre de transport compris entre 0,4 et 0,7, ce qui limite l’amélioration des performances de charge.
Cet électrolyte utilise une combinaison d’ions étain (Sn²⁺) et d’ions difluorooxalatoborate (DFOB⁻), qui régulent ensemble la structure de l’électrolyte et le comportement de mouvement des ions sodium. L’étude indique que le DFOB⁻ affaiblit l’interaction entre les ions sodium et le réseau polymère, libérant ainsi davantage d’ions sodium mobiles. Les simulations montrent que le taux de diffusion des ions sodium atteint 16,8 Ų ns⁻¹, soit environ six fois plus rapide que celui des électrolytes liquides traditionnels.
Cette conception à double verrouillage améliore également la stabilité globale de l’électrolyte en équilibrant la coordination ionique en volume et à l’interface, garantissant un transport plus fluide des ions sodium sous des courants élevés, réduisant ainsi la polarisation de concentration et contribuant à maintenir la cohérence des performances des batteries symétriques et des batteries complètes lors des cycles de charge-décharge rapides. La couche interfaciale formée peut inhiber efficacement les dendrites — des structures métalliques aciculaires dont la croissance peut provoquer des courts-circuits internes et réduire la durée de vie de la batterie.
Lors des tests en laboratoire, les batteries sodium symétriques ont fonctionné en continu pendant 6 000 heures à une densité de courant de 0,1 mA cm⁻² sans défaillance due aux dendrites, et la densité de courant critique du système a atteint 3,0 mA cm⁻². Appariée à une cathode de phosphate de vanadium-sodium, la batterie a fourni une capacité de 80,1 mAh g⁻¹ à un taux de charge ultra-rapide d’environ quatre minutes. À un taux de charge élevé de 3C, la capacité de la batterie a conservé 90 % après 2 000 cycles de charge-décharge.
Cet électrolyte reste stable jusqu’à une tension de 4,7 volts, ce qui pourrait étendre la compatibilité avec des matériaux de cathode à tension plus élevée. L’équipe de recherche a également dépassé le cadre des tests en bouton : les batteries souples sans pression ont continué à fonctionner normalement après avoir été pliées à plusieurs reprises et ont pu alimenter un smartphone. Les configurations de batteries à haute charge et les tests utilisant d’autres systèmes chimiques de cathode ont également montré des résultats positifs.
L’équipe indique que cette approche peut être étendue aux batteries lithium-métal et potassium-métal, tout en restant compatible avec les procédés de fabrication de batteries existants. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue Nano-Micro Letters.
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