L’abeille et l’acacia, une relation méconnue mais essentielle, se révèlent être au cœur d’une innovation scientifique majeure. Une équipe de chercheurs coréens a récemment publié une étude fascinante qui redonne vie aux carbonates, offrant une nouvelle perspective sur les batteries à haute énergie.
Dirigée par le professeur Byoungwoo Kang et le Dr Heetaek Park, une équipe de recherche de l’Université des Sciences et Technologies de Pohang (POSTECH) a développé une batterie sodium-air tout-solide à haute énergie et haute efficacité. Cette batterie utilise de manière réversible le sodium (Na) et l’air sans nécessiter d’équipement spécial.
Les batteries secondaires et leurs défis
Les batteries secondaires sont largement utilisées dans les technologies vertes telles que les véhicules électriques et les systèmes de stockage d’énergie. Les batteries secondaires de nouvelle génération, appelées «batteries métal-air», tirent leur énergie de ressources abondantes comme l’oxygène et les métaux présents sur Terre.
Un défi majeur réside pourtant dans la formation de carbonates, un sous-produit de la réaction entre le métal et l’oxygène impliquant le dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique et la vapeur d’eau (H2O), ce qui réduit l’efficacité de la batterie.
La solution innovante : le Nasicon
Pour résoudre ce problème, l’équipe a utilisé le Nasicon, un conducteur superionique de sodium et un électrolyte solide. Composé de sodium (Na), de silicium (Si) et de zirconium (Zr), le Nasicon sert d’électrolyte solide capable de mouvement ionique tout en démontrant une grande stabilité électrochimique et chimique. Grâce à cet électrolyte solide, l’équipe a protégé les électrodes de sodium métallique de l’air et facilité la décomposition des carbonates formés pendant le fonctionnement de la cellule électrochimique.
La réaction électrochimique réversible impliquant les carbonates a conduit à une augmentation de la densité énergétique de la cellule en augmentant la tension de fonctionnement tout en réduisant significativement l’écart de tension lors de la charge et de la décharge, améliorant ainsi l’efficacité énergétique. De plus, la cellule sodium-air tout-solide de l’équipe a montré une capacité cinétique supérieure grâce à un catholyte formé in situ, qui permet une conduction rapide des ions sodium à l’intérieur de l’électrode.
Un avenir prometteur pour les batteries métal-air
Le professeur Byoungwoo Kang a déclaré : « Nous avons mis au point une méthode pour exploiter les carbonates, un défi de longue date dans le développement des batteries métal-air à haute énergie. »
Il a exprimé son espoir en affirmant : « Nous espérons diriger le domaine des batteries métal-air tout-solide de nouvelle génération, en tirant parti d’une plateforme de cellules à électrolyte solide qui reste stable dans des conditions ambiantes et offre une large gamme de tensions. »
La recherche a été réalisée avec le soutien du programme de recherche pour chercheurs en milieu de carrière de la Fondation nationale de la recherche de Corée et du programme BK21(+).
Article : « Activating reversible carbonate reactions in Nasicon solid electrolyte-based Na-air battery via in-situ formed catholyte » – DOI: https://www.nature.com/articles/s41467-024-47415-0
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