Une batterie sodium-ion populaire conçue par la société Hina et utilisée dans des voitures et des systèmes de stockage d’énergie à grande échelle en Chine correspond aux paramètres de performance et à la qualité de production des batteries lithium-ion de Tesla, révèle une nouvelle recherche publiée le 28 mai dans la revue Cell Press Cell Reports Physical Science. Une fois que la batterie Hina sera ajustée pour se charger plus efficacement à basse température et fonctionner mieux à haute densité énergétique, elle pourrait offrir une alternative économique pour les futures batteries de véhicules électriques qui dépend du sodium — un matériau abondant et facilement disponible — au lieu du lithium.
« La combinaison d’une bonne uniformité, d’une capacité de puissance élevée et d’une forte performance à basse température rend ces cellules attrayantes pour le stockage stationnaire, les services de réseau, ainsi que pour les véhicules à courte autonomie ou commerciaux où le coût potentiellement plus bas et la disponibilité des ressources importent plus que l’autonomie maximale », déclare Moritz Schütte, chercheur en batteries à l’Université RWTH d’Aix-la-Chapelle en Allemagne.
Pour évaluer comment les batteries Hina se comparent aux batteries Tesla plus avancées, l’équipe de Schütte a utilisé une technique non destructive appelée spectroscopie d’impédance pour mesurer l’uniformité de 120 cellules de batterie sodium-ion. Ensuite, pour cartographier les performances de puissance et d’énergie des cellules individuelles dans des conditions réelles, l’équipe a testé les batteries à des courants variables et à des températures allant de −20 °C à 45 °C. Ils ont également utilisé des rayons X pour voir la structure interne de la batterie, puis ont ouvert les cellules pour mesurer les dimensions, compositions et microstructures de leurs électrodes.
Ils ont découvert que la batterie utilise une conception sans languette, un collecteur de courant double en aluminium qui réduit la résistance et assure une distribution uniforme de la température – et reflète également la conception actuelle des batteries Tesla.
« Nous avons été agréablement surpris par l’uniformité des cellules », déclare Schütte.
Cependant, la batterie sodium-ion présente certaines limitations en ce qui concerne la densité énergétique et la charge à basse température. « La performance à haute puissance était meilleure que ce à quoi on pourrait s’attendre d’un premier produit commercial sodium-ion », déclare Schütte. « Cependant, pour les applications nécessitant des charges fréquentes à basse température ambiante, une gestion thermique appropriée ou des stratégies d’exploitation seront importantes car la charge à basse température reste une faiblesse évidente. »
Les chercheurs ont également trouvé des niveaux étonnamment élevés et inégalement répartis de cuivre dans certaines régions de la cathode de la batterie, ce qui « soulève des questions intéressantes sur son rôle dans les performances et le vieillissement », a ajouté Schütte. « Il sera passionnant de voir de futures technologies sodium-ion qui sont également exemptes de nickel et de cuivre, tout en atteignant une densité énergétique compétitive. »
Comme le sodium est beaucoup plus abondant et largement disponible que le lithium, son utilisation pour les batteries pourrait réduire les coûts des matières premières pour les fabricants et diminuer les risques de la chaîne d’approvisionnement à long terme. Les batteries sodium-ion fonctionnent également bien sous charge à basse température, ce qui en fait une option attrayante à la fois pour le stockage stationnaire et les applications mobiles dans les climats froids.
« Cependant, les cellules sodium-ion commerciales actuelles ont généralement une densité énergétique inférieure à celle des meilleures cellules lithium-ion, et la technologie est globalement moins mature », a encore précisé Schütte.
Ensuite, les auteurs prévoient de mieux comprendre et d’améliorer les capacités de charge de la batterie à basse température afin qu’elles puissent se charger plus sûrement et plus efficacement en dessous de 0 °C. Des recherches supplémentaires devraient également se concentrer sur l’optimisation des matériaux utilisés pour fabriquer les batteries sodium-ion.
« Les progrès dans les anodes en carbone dur et les formulations d’électrolytes pourraient être particulièrement prometteurs », a-t-il conclu.
Article : Cell Teardown and Characterization of a Hina Commercial Sodium-Ion Battery – Journal : Cell Reports Physical Science – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : CP
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