L’industrie des batteries connaît une mutation profonde face aux limites environnementales du lithium. La quête d’alternatives durables mobilise les laboratoires de recherche internationaux. Une synergie scientifique internationale vient de produire des résultats significatifs dans le développement des batteries sodium-ion, marquant un tournant dans le stockage énergétique moderne.
Des chimistes du CNRS ont synthétisé et étudié de nouvelles compositions de matériaux pour électrodes positives de batteries sodium-ion qui constituent une alternative durable aux batteries lithium-ion. Ces nouvelles électrodes présentent une densité d’énergie accrue. Une avancée parue dans la revue Nature Materials.
Face à la demande croissante de systèmes de stockage énergétique, les batteries lithium-ion, très performantes, sont devenues indétrônables sur le marché. Leur impact environnemental et la répartition inégale des ressources de lithium posent néanmoins question. Leurs cousines, les batteries sodium-ion (Na-ion), semblent une alternative prometteuse vu l’abondance et la répartition plus homogène du sodium. Les différents matériaux d’électrodes possibles font ainsi l’objet de nombreuses études pour accroitre leurs performances, densités de puissance et d’énergie. En particulier, des matériaux de type NaSICON (pour « sodium super ionic conductor ») composés de sodium, vanadium et phosphate, suscitent un vif intérêt comme matériaux d’électrodes positives car ils possèdent une structure cristalline particulièrement robuste.
Une équipe internationale de scientifiques,* en partenariat avec la société TIAMAT, a publié récemment dans le journal Nature Materials la découverte d’un nouveau composé à densité d’énergie accrue dans la famille NaSICON. Ils ont pour cela synthétisé et isolé chimiquement des phases encore non explorées, de formule générale NaxV2(PO4)3 avec x compris entre 1,5 et 2,5. Ces composés ont été obtenus via une méthode de synthèse innovante en voie solide à une température modérée de 500°C.
Contrairement aux matériaux standards, ces nouvelles compositions présentent des mécanismes d’extraction/insertion du sodium monophasés, assurant une variation continue de la tension lors de l’utilisation. Cela se traduit par une augmentation de la densité énergétique théorique de 15 %, passant de 396 Wh/kg à 458 Wh/kg.
Ces découvertes, publiées dans la revue Nature Materials, ouvrent la voie à des électrodes plus performantes et à des batteries plus efficaces, capables de rivaliser avec les technologies actuelles tout en étant plus respectueuses de l’environnement. De quoi entrevoir un champ d’applications élargi pour les batteries sodium-ion tout en renforçant leur potentiel de substitution durable aux batteries au lithium.
*De l’Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (CNRS/Université de Bordeaux/Bordeaux INP), du Laboratoire de réactivité et de chimie des solides (CNRS/Université de Picardie Jules Verne), de l’Université nationale de Singapour, de l’Université de Houston (Etats-Unis) et du synchrotron ALBA (Espagne).
Obtaining V2(PO4)3 by sodium extraction from single-phase NaxV2(PO4)3 (1 < x < 3) positive electrode materials – Sunkyu Park, Ziliang Wang, Kriti Choudhary, Jean-Noël Chotard, Dany Carlier, François Fauth, Pieremanuele Canepa, Laurence Croguennec & Christian Masquelier – Nature Materials 2024
10.1038/s41563-024-02023-7
Légende illustration : Cellules de batterie sodium-ion au format 18650, fabriquées par Tiamat © Cyril FRESILLON / Tiamat / CNRS Images
Source : CNRS – Auteur : AVR
