Un nouveau consortium vise à développer des piles à base de sodium plus durables
Intéressant pour le stockage stationnaire, mais aussi pour les voitures
Les batteries du futur doivent être à la fois puissantes et durables. Un nouveau projet commun, coordonné par l'université de Würzburg, vise à rendre les batteries sodium-ion prêtes à répondre à ces exigences. Le ministère fédéral de l'éducation et de la recherche (BMBF) finance le projet à hauteur de plus de deux millions d'euros. Le Karlsruhe Institute of Technology / Helmholtz Institute Ulm et le Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC, Würzburg / Fraunhofer R&D Center for Electromobility FZEB sont également impliqués.
Il existe une alternative prometteuse aux batteries lithium-ion conventionnelles, à savoir les batteries sodium-ion. Dans ces batteries, ce sont des ions sodium et non des ions lithium qui circulent entre les électrodes et qui stockent ou libèrent ainsi de l'énergie électrique.
Les batteries à base de sodium présentent un avantage majeur : contrairement au lithium, qui est relativement rare, le sodium est disponible sur terre en quantités pratiquement illimitées. Composant naturel du sel, il peut être extrait des lacs salés ou des mines. En outre, les batteries au sodium ne nécessitent pas les métaux tout aussi rares que sont le cobalt et le cuivre, indispensables aux batteries au lithium.
Intéressantes pour le stockage stationnaire, mais aussi pour les voitures
Les batteries au sodium présentent également un inconvénient : leur densité énergétique est faible. Cela signifie qu'elles doivent être plus grandes, tant en taille qu'en poids, pour stocker la même quantité d'énergie qu'une batterie lithium-ion. C'est pourquoi elles conviennent principalement à des applications où la taille et le poids ne sont pas si importants - par exemple, pour le stockage stationnaire de l'énergie dans les maisons équipées de panneaux solaires ou pour le stockage tampon destiné à compenser les fluctuations du réseau électrique.
Néanmoins, les batteries au sodium sont également intéressantes pour l'électromobilité. "Elles conviennent aux petites voitures qui roulent sur de courtes distances", explique le Dr Guinevere Giffin, qui dirige un groupe de recherche junior à la chaire de technologie chimique de synthèse des matériaux de l'université Julius-Maximilians (JMU) de Würzburg, en Bavière (Allemagne).
Financement de deux millions d'euros par le BMBF
Guinevere Giffin coordonne le nouveau projet NaKlaR avec le professeur Maik Finze de l'Institut de chimie inorganique (JMU). Le projet vise à rendre les batteries au sodium plus efficaces. Il s'agit également d'améliorer la durabilité de ces batteries en optimisant le processus de production et en prêtant attention à la recyclabilité des composants dès le stade du développement.
Le ministère fédéral de l'éducation et de la recherche (BMBF) finance le projet à hauteur de plus de deux millions d'euros, par l'intermédiaire de l'agence de gestion de projet du Forschungszentrum Jülich (PTJ). Outre la JMU, le Karlsruhe Institute of Technology / Helmholtz Institute Ulm (Dr. Alberto Varzi) et le Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC, Würzburg / Fraunhofer R&D Center for Electromobility FZEB (Dr. Simone Peters) sont également impliqués dans NaKlaR.
Le projet est soutenu par un comité consultatif industriel, qui permet un échange régulier d'informations entre les organismes de recherche et l'industrie. Un comité consultatif industriel suivra de près les travaux, afin de donner des conseils sur les intérêts et les besoins de l'industrie tout au long des activités de recherche. Les membres du comité consultatif comprennent les entreprises E-lyte Innovations GmbH, Carl Padberg Zentrifugenbau (CEPA), CellCircle UG et Leclanché GmbH.
Les batteries sont des systèmes très complexes
Le défi auquel s'attaque l'équipe du projet n'est pas trivial. "Les batteries sont des systèmes très complexes", explique le Dr Giffin. Tous les composants doivent être très précisément adaptés les uns aux autres pour garantir de bonnes performances, la sécurité et la durée de vie.
Une partie du travail consiste à produire les électrodes de la batterie de la manière la plus durable possible. Actuellement, un solvant organique toxique est utilisé pour mélanger et enduire les composants des électrodes. L'équipe du projet souhaiterait remplacer ce solvant par de l'eau, mais cela pose de nouveaux problèmes. Même de petites quantités d'eau restant dans les électrodes peuvent causer des problèmes dans les cellules de la batterie.
Protéger les électrolytes et les matériaux actifs de l'eau
Il faut mettre au point de nouveaux électrolytes très performants qui restent stables en présence de molécules d'eau. Les électrolytes sont les liquides qui transportent les ions lithium ou sodium dans la batterie. Les matériaux actifs responsables du stockage de l'énergie dans la batterie doivent également être protégés car ils se dégradent dans l'eau, ce qui réduit considérablement les performances de la batterie.
Pour les matériaux actifs contenant des métaux de faible valeur, comme c'est le cas pour la batterie au sodium, un processus de recyclage direct peut s'avérer plus rentable. Le projet NaKlaR vise d'ailleurs spécifiquement le recyclage direct. Contrairement aux batteries lithium-ion, dont seuls les métaux de valeur sont actuellement recyclés, le recyclage direct préserve la matière active dans sa structure d'origine, de sorte qu'elle peut, en principe, être utilisée directement pour la production de nouvelles batteries.
Un projet commun financé pour trois ans
Le projet commun NaKlaR a été lancé au début du mois de décembre 2023 et durera trois ans. À la fin du projet, l'équipe vise à développer une batterie au sodium basée sur des matériaux cathodiques protégés, une production aqueuse des électrodes et des électrolytes résistants à l'hydrolyse. En même temps, cette batterie devrait avoir des performances à peu près équivalentes aux cellules de référence actuelles. En outre, l'objectif est de produire des cellules contenant au moins 25 % de matériaux d'électrodes recyclés sans perte significative de performance.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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