Un moyen rapide et facile de produire des matériaux d'anode pour les batteries sodium-ion à l'aide de micro-ondes
L'équipe de recherche dirigée par les docteurs Daeho Kim et Jong Hwan Park du Nano Hybrid Technology Research Center de l'Institut coréen de recherche en électrotechnologie (KERI) a mis au point un procédé révolutionnaire qui permet la préparation ultra-rapide, en 30 secondes, d'anodes en carbone dur pour les batteries sodium-ion à l'aide d'un chauffage par induction à micro-ondes.
(Daeho Kim et Jong Hwan Park du KERI ont mis au point une technologie révolutionnaire pour la préparation ultrarapide du carbone dur, matériau anodique pour les batteries à ions sodium, en utilisant la technologie de chauffage par induction à micro-ondes.
Korea Electrotechnology Research Institute
L'une des batteries secondaires de la prochaine génération, la batterie sodium-ion utilise du sodium (Na) à la place du lithium (Li), le pilier actuel. Le sodium, principal composant du sel, est plus de mille fois plus abondant que le lithium et est plus facile à extraire et à raffiner. En outre, sa réactivité plus faible que celle du lithium se traduit par une plus grande stabilité électrochimique lorsqu'il est utilisé dans les batteries, ce qui le rend plus propice à la charge et à la décharge rapides, tout en maintenant ses performances même à basse température.
Malgré ces avantages, les batteries sodium-ion sont confrontées à des défis importants, notamment une densité énergétique plus faible et une durée de vie plus courte que les batteries lithium-ion, en raison de la complexité du processus de fabrication. La taille plus importante des ions sodium par rapport au lithium nécessite l'utilisation de carbone dur, dont l'espacement entre les couches est plus grand que celui du graphite, le principal matériau utilisé actuellement pour les anodes.
Le carbone dur ne se trouve pas dans la nature et doit donc être synthétisé. Le processus de préparation est très complexe et exige que les hydrocarbures - principaux composants des plantes et des polymères - soient chauffés dans un environnement sans oxygène à des températures supérieures à 1 000 °C pendant de longues périodes. Ce processus de "carbonisation" est à la fois économique et écologique, ce qui a constitué un obstacle majeur à la commercialisation des batteries sodium-ion.
Parmi les nombreuses équipes qui tentent de relever ce défi, l'équipe dirigée par les docteurs Kim et Park a proposé une méthode de chauffage rapide utilisant la technologie des micro-ondes, que l'on peut facilement trouver dans un four à micro-ondes de cuisine. Ils ont d'abord créé des films en mélangeant des polymères avec une petite quantité de nanotubes de carbone hautement conducteurs. Ils ont ensuite appliqué un champ magnétique à micro-ondes aux films pour induire des courants dans les nanotubes de carbone, chauffant sélectivement les films à plus de 1 400 °C en seulement 30 secondes.
Après des années de recherche, le KERI a mis au point une technologie permettant de traiter uniformément par la chaleur des films minces conducteurs, tels que les métaux, à l'aide de champs magnétiques à micro-ondes. Cette technologie a suscité un intérêt considérable dans les processus industriels tels que les écrans et les semi-conducteurs. Le centre de recherche sur les technologies nano hybrides du KERI est reconnu comme le centre national de pointe en matière de technologie des nanomatériaux de carbone. Les docteurs Kim et Park ont mis à profit les capacités du centre pour s'aventurer dans le domaine des matériaux d'anodes de batteries sodium-ion et ont obtenu des résultats prometteurs.
La clé de leur succès réside dans la technique de "simulation multiphysique" propre à l'équipe. Elle leur a permis de comprendre en profondeur les processus complexes qui se produisent lorsqu'un champ électromagnétique dans la bande des micro-ondes est appliqué à des nanomatériaux, ce qui a conduit à la création d'un nouveau processus de préparation des matériaux d'anode de batterie sodium-ion. L'importance des découvertes de l'équipe a été démontrée par la publication récente de leurs résultats dans le Chemical Engineering Journal. L'article a été cosigné par Geongbeom Ryoo et Jiwon Shin, des étudiants-chercheurs qui ont participé au programme de recherche collaborative université-recherche du KERI.
"En raison des récents incendies de véhicules électriques, les batteries sodium-ion, plus sûres et fonctionnant bien dans des conditions plus froides, suscitent un intérêt croissant. Cependant, le processus de carbonisation des anodes constitue un inconvénient important en termes d'efficacité énergétique et de coût", a déclaré le Dr Jong Hwan Park. Le Dr Daeho Kim a ajouté : "Notre technologie de chauffage par induction à micro-ondes permet une préparation rapide et facile du carbone dur, ce qui, je pense, contribuera à la commercialisation des batteries sodium-ion".
À l'avenir, l'équipe prévoit de continuer à travailler à l'amélioration des performances de ses matériaux anodiques et de développer une technologie pour la production en masse et en continu de films de carbone dur de grande surface. Elle considère également que sa technologie de chauffage par induction micro-ondes peut s'appliquer à d'autres domaines, tels que les batteries à l'état solide qui nécessitent un frittage à haute température, ce qui justifie des recherches plus approfondies.
Le KERI, qui a déjà déposé une demande de brevet national, s'attend à ce que cette technologie suscite un vif intérêt de la part des entreprises actives dans le domaine des matériaux de stockage de l'énergie et prévoit de conclure des accords de transfert de technologie avec des partenaires industriels potentiels.
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.
Publication originale
Gyeongbeom Ryoo, Jiwon Shin, Byeong Guk Kim, Do Geun Lee, Joong Tark Han, Byeongho Park, Youngseok Oh, Seung Yol Jeong, Se-Hee Lee, Dong Yun Lee, Daeho Kim, Jong Hwan Park; "Sub-minute carbonization of polymer/carbon nanotube films by microwave induction heating for ultrafast preparation of hard carbon anodes for sodium-ion batteries"; Chemical Engineering Journal, Volume 496
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