Les batteries sodium-ion suscitent un intérêt croissant en raison de l’abondance du sodium par rapport au lithium. Les limitations actuelles de ces batteries nécessitent toutefois le développement de nouveaux matériaux de stockage d’énergie. Une équipe de recherche de KAIST a récemment mis au point une batterie sodium-ion hybride à haute énergie et haute puissance, capable de se recharger rapidement.
Un système de stockage d’énergie hybride innovant
L’équipe du professeur Jeung Ku Kang du département des sciences et de l’ingénierie des matériaux de KAIST a développé un système de stockage d’énergie hybride innovant qui intègre des matériaux d’anode typiquement utilisés dans les batteries avec des cathodes adaptées aux supercondensateurs. Cette combinaison permet au dispositif d’atteindre à la fois des capacités de stockage élevées et des taux de charge-décharge rapides, le positionnant comme une alternative viable de nouvelle génération aux batteries lithium-ion.
Le développement d’une batterie hybride à haute densité d’énergie et de puissance nécessite encore une amélioration de la vitesse de stockage d’énergie des anodes de type batterie ainsi que l’amélioration de la capacité relativement faible des matériaux de cathode de type supercondensateur.
Utilisation de deux structures métallo-organiques distinctes
Pour remédier à cela, l’équipe du professeur Kang a utilisé deux structures métallo-organiques distinctes pour la synthèse optimisée de batteries hybrides. Cette approche a conduit au développement d’un matériau d’anode avec une cinétique améliorée grâce à l’inclusion de matériaux actifs fins dans du carbone poreux dérivé de structures métallo-organiques.
De plus, un matériau de cathode à haute capacité a été synthétisé, et la combinaison des matériaux de cathode et d’anode a permis le développement d’un système de stockage d’ions sodium optimisant l’équilibre et minimisant les disparités dans les taux de stockage d’énergie entre les électrodes.
Performances exceptionnelles de la batterie sodium-ion hybride
La cellule complète assemblée, comprenant l’anode et la cathode nouvellement développées, forme un dispositif de stockage d’énergie hybride sodium-ion haute performance. Ce dispositif surpasse la densité d’énergie des batteries lithium-ion commerciales et présente les caractéristiques de la densité de puissance des supercondensateurs. Il devrait convenir aux applications de charge rapide allant des véhicules électriques aux appareils électroniques intelligents et aux technologies aérospatiales.
Selon le professeur Jeung Ku Kang, ce dispositif de stockage d’énergie hybride sodium-ion, capable de se recharger rapidement et d’atteindre une densité d’énergie de 247 Wh/kg et une densité de puissance de 34 748 W/kg, représente une percée dans le dépassement des limites actuelles des systèmes de stockage d’énergie. Il anticipe des applications plus larges dans divers appareils électroniques, y compris les véhicules électriques.
Cette recherche, co-écrite par les doctorants de KAIST Jong Hui Choi et Dong Won Kim, a été publiée dans la revue internationale Energy Storage Materials le 29 mars sous le titre «Low-crystallinity conductive multivalence iron sulfide-embedded S-doped anode and high-surface-area O-doped cathode of 3D porous N-rich graphitic carbon frameworks for high-performance sodium-ion hybrid energy storages».
L’étude a été réalisée avec le soutien du ministère de la Science et des TIC et de la Fondation nationale de la recherche de Corée dans le cadre du projet de développement de la technologie des nanomatériaux.
