Les scientifiques du laboratoire national d’Oak Ridge sont en train de mettre au point une formule de réussite, en étudiant les défaillances d’un nouveau type de batterie. L’objectif de l’équipe est de concevoir un système de stockage à long terme de l’énergie éolienne et solaire, qui est produite de manière intermittente, afin de pouvoir l’utiliser plus largement comme source d’énergie fiable pour le réseau électrique.
Les batteries stockent et libèrent de l’énergie lorsque les ions se déplacent entre les électrodes, généralement à travers un électrolyte liquide. Toutefois, les chercheurs de l’ORNL ont mis au point une batterie dans laquelle les ions sodium se déplacent à travers un électrolyte solide plus durable et plus riche en énergie, doté d’une conductivité accrue.
Les électrolytes solides sont considérés comme la prochaine frontière des batteries, si les scientifiques parviennent à relever des défis tels que la compréhension de leur défaillance dans des conditions de forte demande. L’équipe dirigée par l’ORNL a fait fonctionner la batterie sous un courant ou une tension élevés à l’intérieur d’un puissant faisceau de rayons X. À l’Advanced Photon Source de l’Argonne National Laboratory, les chercheurs ont observé que les ions se déposaient dans les pores de l’électrolyte et finissaient par former des structures qui provoquaient un court-circuit.
« Nous pouvons utiliser ces informations pour comprendre comment améliorer ce matériau d’électrolyte solide très prometteur qui pourrait permettre de stocker de l’énergie renouvelable pendant de plus longues périodes », a déclaré Mengya Li, chercheur à l’ORNL.
Résumé de la recherche
Les batteries à l’état solide (SSB), en particulier celles qui utilisent du sodium métal, apparaissent comme une technologie prometteuse en raison de leur potentiel de sécurité accrue, de densité énergétique plus élevée et de durée de vie plus longue.
Les matériaux NASICON (Na superionic conductor), connus pour leur structure cristalline robuste et leur conductivité ionique élevée, jouent un rôle essentiel dans le développement de batteries au sodium efficaces à l’état solide. Ces matériaux présentent une conductivité ionique et une stabilité électrochimique élevées à température ambiante, ce qui les rend idéaux pour diverses applications.
La recherche s’est concentrée sur l’amélioration de la conductivité ionique et de la stabilité de NASICON par le dopage, la régulation de l’interface et la conception d’anodes composites. Parmi les avancées récentes, on peut citer le Na3Zr2Si2PO12 dopé au Ti (Ti-NZSP), qui présente une stabilité de surface améliorée, une conductivité ionique plus élevée et une densité de courant critique accrue. Cependant, des défis tels que la formation de dendrites de Na et l’intégrité mécanique dans des conditions opérationnelles persistent.
Des techniques d’imagerie avancées telles que la tomographie à rayons X synchrotron operando ont permis de mieux comprendre les mécanismes de défaillance, révélant que le remplissage des pores et la croissance des dendrites sont des problèmes importants. Il est essentiel de comprendre ces processus pour améliorer les performances et la sécurité des SSB à base de Na. Cette étude souligne la nécessité de poursuivre les recherches pour relever ces défis et développer des électrolytes solides fiables et performants pour les futures solutions de stockage d’énergie.
Article : « Pore-Filling Induced Solid Electrolyte Failure of Ti-Doped Na3Zr2Si2PO12 Characterized by Operando Synchrotron X-Ray Tomography » – DOI: 10.1002/batt.202400429
Source : ORNL – Traduction Enerzine.com
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