Des chercheurs inventent un électrolyte sodium solide, plus durable et sûr

Narsimha Pujari

Nous dépendons plus que jamais des batteries, que ce soit pour nos téléphones, nos ordinateurs portables ou nos véhicules électriques. Mais celles qui alimentent les technologies actuelles ne sont pas sans inconvénients. Elles peuvent être coûteuses, inflammables et dépendent de matériaux de plus en plus recherchés qui doivent être extraits et traités.

Des chercheurs de l’Université Western travaillent sur un nouveau type de batterie, appelée batterie au sodium à l’état solide, qui semble très prometteuse pour relever ces défis.

« À l’heure actuelle, la plupart des batteries que nous utilisons contiennent des électrolytes liquides inflammables et des éléments rares comme le lithium », indique le Dr Yang Zhao, professeur au département de génie mécanique et des matériaux de l’Université Western. « Le sodium est beaucoup plus abondant et moins cher, et si nous parvenons à le faire fonctionner sous forme d’électrolyte à l’état solide, il pourrait être moins cher, plus sûr et plus durable. »

Les électrolytes à l’état solide remplacent les liquides inflammables des batteries conventionnelles par des matériaux solides. Ces solides sont intrinsèquement plus sûrs et promettent une densité énergétique plus élevée, ce qui signifie que les batteries durent plus longtemps entre deux charges. Mais faire en sorte que les ions sodium se déplacent rapidement et de manière fiable à travers les solides a été un casse-tête scientifique difficile à résoudre.

Zhao et ses collègues ont mis au point un nouveau matériau contenant du soufre et du chlore. Si les électrolytes traditionnels sont chimiquement stables, ils ont tendance à mal transporter les ions sodium de l’extrémité positive de la batterie vers l’extrémité négative. Le composant soufré du nouveau matériau améliore la conductivité en facilitant le passage des ions à travers la structure et renforce le matériau dans son ensemble.

Outre sa conductivité élevée des ions sodium, le matériau mis au point par Yang Zhao et son équipe présente une excellente stabilité thermique et mécanique. C’est un atout majeur pour les batteries qui doivent supporter d’innombrables cycles de charge-décharge et fonctionner de manière fiable dans une large plage de températures. Dans de nombreuses conceptions à l’état solide, l’électrolyte peut se dégrader lorsqu’il entre en contact avec d’autres composants de la batterie. Ce n’est pas le cas du matériau mis au point par l’équipe de Western.

Le Dr Zhao et ses collègues ont utilisé les puissants rayons X du Canadian Light Source (CLS) de l’Université de Saskatchewan pour observer comment les ions se déplacent à l’intérieur de l’électrolyte solide.

« Ces outils à rayons X nous permettent de voir l’environnement chimique local, les voies ioniques et les structures de liaison d’une manière que les instruments de laboratoire classiques ne permettent pas », a ajouté le Dr Zhao. « Ils sont absolument essentiels pour développer des matériaux pour batteries à l’état solide. »

Même si les batteries à l’état solide ne seront probablement pas commercialisées à grande échelle avant plusieurs années, le Dr Zhao reste optimiste. « Nous faisons de réels progrès vers des batteries plus sûres et plus rentables », a-t-il conclu.

Dong, Zhi Liang, Baiju Sourav, Yi Gan, Vinicius Martins, Xuchun Wang, Amirhosein Mozafarighoraba, Ruirui Zhang et al. « Design of Sodium Chalcohalide Solid Electrolytes with Mixed Anions for All‐Solid‐State Sodium‐Ion Batteries. » Advanced Functional Materials (2025): e16657. 10.1002/adfm.202516657

Dong, Zhi Liang, Yi Gan, Vinicius Martins, Xuchun Wang, Bolin Fu, Enzhong Jin, Yingjie Gao et al. « Novel Sulfide‐Chloride Solid‐State Electrolytes with Tunable Anion Ratio for Highly Stable Solid‐State Sodium‐Ion Batteries. » Advanced Materials (2025): 2503107. 10.1002/adma.202503107