Des batteries sodium-ion pour une énergie plus verte et même rendre l’eau de mer potable

Les batteries au sodium-ion pourraient être la solution pour l’avenir du stockage durable de l’énergie et pourraient être utilisées pour produire de l’eau potable à partir de l’eau de mer. Des scientifiques de l’université du Surrey ont découvert un moyen simple d’améliorer leurs performances : en laissant l’eau à l’intérieur d’un composant clé plutôt qu’en la retirant.

Contrairement à la technologie lithium-ion, qui domine actuellement le marché du stockage d’énergie et repose sur des matériaux coûteux et nocifs pour l’environnement, le sodium est beaucoup plus abondant et largement disponible. Cependant, le développement de batteries sodium-ion capables de rivaliser en termes de performances reste un défi.

Dans une étude publiée dans le Journal of Materials Chemistry A, les chercheurs expliquent en détail comment un matériau existant à base de sodium, l’oxyde de sodium et de vanadium, peut offrir des performances nettement supérieures lorsque l’eau qu’il contient naturellement n’est pas retirée.

Ce matériau, connu sous le nom de vanadate de sodium hydraté nanostructuré (NVOH), a montré une amélioration significative de ses performances, stockant beaucoup plus de charge, se rechargeant beaucoup plus rapidement et restant stable pendant plus de 400 cycles de charge.

Lors des tests, la version « humide » du matériau a pu stocker près de deux fois plus de charge que les matériaux sodium-ion classiques, ce qui le place parmi les cathodes les plus performantes répertoriées à ce jour.

Le Dr Daniel Commandeur, chercheur à la faculté de chimie et de génie chimique de l’université du Surrey et auteur principal de l’article, a déclaré : « Nos résultats étaient tout à fait inattendus. L’oxyde de sodium et de vanadium existe depuis des années, et on le traite généralement à la chaleur pour éliminer l’eau, car on pense qu’elle cause des problèmes. Nous avons décidé de remettre en question cette hypothèse, et le résultat a été bien meilleur que prévu. Le matériau s’est révélé beaucoup plus performant et stable que prévu et pourrait même ouvrir de nouvelles perspectives intéressantes pour l’utilisation future de ces batteries. »

L’équipe de recherche a également testé le comportement du matériau dans l’eau salée, l’un des environnements les plus difficiles qui soient. Les résultats ont montré qu’il continuait non seulement à fonctionner efficacement, mais qu’il éliminait également le sodium de la solution tandis qu’une électrode en graphite extrayait le chlorure, un processus connu sous le nom de dessalement électrochimique.

Le Dr Commandeur a ajouté : « La possibilité d’utiliser le vanadate de sodium hydraté dans l’eau salée est une découverte vraiment passionnante, car elle montre que les batteries au sodium-ion pourraient faire plus que simplement stocker de l’énergie : elles pourraient également contribuer à éliminer le sel de l’eau. À long terme, cela signifie que nous pourrions être en mesure de concevoir des systèmes qui utilisent l’eau de mer comme électrolyte totalement sûr, gratuit et abondant, tout en produisant de l’eau douce dans le cadre du processus. »

Cette avancée pourrait accélérer le développement des batteries sodium-ion comme alternative viable à la technologie actuelle à base de lithium. L’utilisation de matériaux abondants et peu coûteux rend ces batteries plus sûres et plus durables, avec des applications potentielles allant du stockage d’énergie renouvelable sur le réseau à l’alimentation des véhicules électriques. L’approche de l’équipe de Surrey simplifie également la fabrication des batteries sodium haute performance, contribuant ainsi à faire progresser le stockage d’énergie à grande échelle et commercialement viable.

Article : « Nanostructured sodium vanadate hydrate as a versatile sodium ion cathode material for use in organic media and for aqueous desalination » – DOI : 10.1039/d5ta05128b

Source : Surrey U.