Les batteries au lithium-ion (LIBs) sont actuellement les plus utilisées parmi les batteries rechargeables, couvrant de nombreuses applications. Elles présentent malheureusement des inconvénients notables. Face à ces défis, les chercheurs du monde entier cherchent des alternatives.
Les batteries à ions sodium (NIBs) et à ions potassium (KIBs) sont deux options émergentes qui sont à la fois rentables et durables. Une équipe de recherche japonaise, travaille à développer des matériaux d’électrode à haute capacité révolutionnaires pour les NIBs et les KIBs.
Le défi des batteries au lithium-ion
Les batteries au lithium-ion (LIBs) sont largement utilisées dans de nombreuses applications, allant de l’électronique grand public aux véhicules électriques, en passant par les systèmes d’énergie renouvelable et les engins spatiaux. Le lithium est une ressource plutôt rare et son prix augmentera rapidement à mesure que sa disponibilité diminuera à l’avenir.
Par ailleurs, l’extraction du lithium et la mauvaise élimination des LIBs posent d’énormes défis environnementaux, car les électrolytes liquides couramment utilisés dans ces batteries sont toxiques et inflammables.
Les alternatives prometteuses : NIBs et KIBs
Face à ces défis, les chercheurs du monde entier cherchent des technologies de stockage d’énergie alternatives. Les batteries à ions sodium (NIBs) et les batteries à ions potassium (KIBs) sont deux options émergentes qui sont à la fois rentables et durables.
Les gouvernements du monde entier, y compris ceux des États-Unis, de l’Autriche, de Hong Kong, de l’Allemagne et de l’Australie, encouragent la recherche et l’innovation dans ce domaine.
De plus, des entreprises comme Faradion, TIAMAT et HiNa Battery Technology, investissent massivement dans cette technologie.
Une avancée majeure dans la recherche
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Shinichi Komaba de l’Université des Sciences de Tokyo (TUS), au Japon, travaille à développer des matériaux d’électrode à haute capacité révolutionnaires pour les NIBs et les KIBs. Dans leur dernière étude, ils rapportent une nouvelle stratégie de synthèse pour des électrodes «hard carbon» (HC) nanostructurées qui offrent des performances sans précédent.
En synthèse
Les résultats de cette étude montrent que l’utilisation de nanoparticules inorganiques comme modèle pour contrôler la structure des pores peut fournir une ligne directrice efficace pour le développement d’électrodes HC.
« Nos résultats prouvent que les HCs sont des candidats prometteurs pour les électrodes négatives en alternative au graphite », conclut le professeur Shinichi Komaba de l’Université des Sciences de Tokyo (TUS),
Cela pourrait rendre les NIBs viables pour des applications pratiques, comme le développement d’électronique grand public durable et de véhicules électriques, ainsi que des systèmes de stockage d’énergie à faible empreinte carbone pour stocker l’énergie des fermes solaires et éoliennes.
Pour une meilleure compréhension
Quels sont les inconvénients des batteries au lithium-ion (LIBs) ?
Les LIBs, bien qu’elles offrent les meilleures performances par rapport à d’autres types de batteries rechargeables, présentent des inconvénients. Le lithium est une ressource plutôt rare et son prix augmentera rapidement à mesure que sa disponibilité diminuera à l’avenir. De plus, l’extraction du lithium et l’élimination incorrecte des LIBs posent d’énormes défis environnementaux.
Quelles sont les alternatives aux LIBs ?
Les batteries à ions sodium (NIBs) et les batteries à ions potassium (KIBs) sont deux options émergentes qui sont à la fois rentables et durables. Ces technologies de stockage d’énergie sont soutenues par des gouvernements et des entreprises du monde entier.
Qu’est-ce que le « hard carbon » (HC) ?
Le HC est une forme de carbone amorphe, c’est-à-dire qu’il n’a pas de structure cristalline bien définie. Il est également résistant et a été utilisé pour développer des matériaux d’électrode à haute capacité pour les NIBs et les KIBs.
Quels sont les avantages des électrodes HC pour les NIBs et les KIBs ?
Les électrodes HC, lorsqu’elles sont utilisées dans les NIBs et les KIBs, peuvent offrir une capacité de stockage d’ions Na+ et K+ considérablement augmentée. Cela peut rendre les NIBs et les KIBs viables pour des applications pratiques.
Quels sont les résultats de l’étude de l’équipe de recherche ?
L’équipe de recherche a développé une nouvelle stratégie de synthèse pour des électrodes HC nanostructurées qui offrent des performances sans précédent. Ils ont prouvé que les HCs sont des candidats prometteurs pour les électrodes négatives en alternative au graphite.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| Les batteries au lithium-ion présentent des défis environnementaux et économiques. |
| Les batteries à ions sodium et potassium sont des alternatives prometteuses. |
| Le hard carbon est un matériau d’électrode prometteur pour ces batteries. |
| L’équipe de recherche de l’Université des Sciences de Tokyo a développé une nouvelle stratégie de synthèse pour les électrodes HC. |
| Les électrodes HC offrent une capacité de stockage d’ions Na+ et K+ considérablement augmentée. |
| Les batteries à ions sodium et potassium pourraient devenir viables pour des applications pratiques. |
| Les gouvernements et les entreprises du monde entier soutiennent la recherche sur ces technologies. |
| Les batteries à ions sodium et potassium pourraient devenir des industries de plusieurs milliards de dollars d’ici la fin de la décennie. |
| Les batteries à ions sodium et potassium offrent une alternative plus durable et plus respectueuse de l’environnement aux batteries au lithium-ion. |
| Les électrodes HC pourraient rendre les batteries à ions sodium et potassium compétitives par rapport aux batteries au lithium-ion. |
Références
Advanced Energy Materials, 13 novembre 2023
Article : « New Template Synthesis of Anomalously Large Capacity Hard Carbon for Na- and K-ion Batteries » – DOI: 10.1002/aenm.202302647
