Des électrodes microtechniques pourraient réduire les coûts de fabrication des batteries

"À mesure que les imprimantes 3D gagnent en résolution, les batteries à ions sodium pourraient finir par surpasser celles à ions lithium"

09.08.2022 - Japon

De nouvelles électrodes en micro-réseau de carbone, faciles à fabriquer et très performantes, pourraient bientôt être utilisées pour fabriquer des batteries plus économiques alimentées par des ions sodium facilement disponibles. Cette approche a été publiée par des chercheurs de l'université de Tohoku et leurs collègues dans la revue Small.

Les batteries aux ions de lithium sont utilisées dans un large éventail d'applications, des smartphones aux voitures électriques, en raison de leurs hautes performances et de leur capacité à stocker de grandes quantités d'énergie. Cependant, la fabrication de ces batteries est coûteuse, les réserves de ce métal s'épuisent rapidement et son extraction peut être nocive pour l'environnement. Les scientifiques veulent réduire les coûts de fabrication des batteries et trouver un moyen de libérer le potentiel des ions sodium, plus largement disponibles.

Akira Kudo, spécialiste des matériaux à l'université de Tohoku, Yuto Katsuyama, étudiant en doctorat à l'université de Californie à Los Angeles, et leurs collègues cherchent des moyens d'obtenir des batteries performantes et peu coûteuses en augmentant la quantité de matériaux actifs utilisés pour fabriquer une batterie dans un seul élément. Cela permettrait de réduire les matériaux inactifs utilisés pour lier plusieurs cellules ensemble. Cependant, cela nécessite la fabrication d'électrodes plus épaisses, ce qui limiterait le mouvement des ions - et donc de la charge électrique - dans la batterie.

Kudo et son équipe ont résolu ce problème en développant une approche qui permet de fabriquer des électrodes (anodes) à charge négative micro-architecturées et très performantes.

L'approche consiste à utiliser la stéréolithographie 3D pour imprimer des structures de micro-réseaux en résine. Les micro-réseaux sont ensuite rétrécis en les carbonisant par un processus appelé pyrolyse. Les anodes en carbone dur qui en résultent permettent un transport rapide des ions générateurs d'énergie. En outre, plus l'équipe rendait la structure du réseau plus fine, plus ses performances s'amélioraient. À mesure que les imprimantes 3D gagnent en résolution, les batteries à ions sodium pourraient finir par surpasser les batteries à ions lithium, selon M. Kudo.

L'équipe souhaite ensuite utiliser cette même approche pour fabriquer des électrodes (cathodes) chargées positivement. L'objectif ultime est d'utiliser ces électrodes à l'architecture fine pour fabriquer des batteries à ions sodium performantes et rentables.

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