Des chercheurs développent une batterie sodium-air entièrement solide, à haute énergie et à haut rendement

Une équipe de recherche a développé avec succès une batterie sodium-air entièrement solide, à haute énergie et à haut rendement. Cette batterie peut utiliser de manière réversible le sodium (Na) et l'air sans nécessiter d'équipement spécial. L'équipe était dirigée par le professeur Byoungwoo Kang et le Dr Heetaek Park du Département de science et d'ingénierie des matériaux de l'Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH).

Les résultats ont été publiés dans la revue Communication naturelle.

Les batteries secondaires sont largement utilisées dans les technologies vertes telles que les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie. Les batteries secondaires haute capacité de nouvelle génération, appelées « batteries métal-air », tirent leur énergie de ressources abondantes comme l'oxygène et les métaux trouvés sur Terre. Cependant, la formation de carbonate, un sous-produit de la réaction du métal et de l'oxygène impliquant le dioxyde de carbone atmosphérique (CO₂) et la vapeur d'eau (H₂O) – ce qui sacrifie l’efficacité de la batterie.

Pour résoudre ce problème, malgré leur nom, les batteries métal-air nécessitent généralement un équipement supplémentaire tel qu'une membrane de perméation d'oxygène pour purifier l'oxygène ou utiliser sélectivement l'oxygène atmosphérique.

Dans cette recherche, l’équipe a utilisé Nasicon, qui est un conducteur superionique de Na et un électrolyte solide, pour résoudre efficacement le problème du carbonate. Nasicon, comprenant des éléments comme Na, le silicium (Si) et le zirconium (Zr), sert d'électrolyte solide capable de déplacer les ions à l'état solide tout en démontrant une stabilité électrochimique et chimique élevée.

En tirant parti de cet électrolyte solide, l’équipe a protégé les électrodes de sodium métallique de l’air et a facilité la dégradation du carbonate formé pendant le fonctionnement de la cellule électrochimique.

Par conséquent, la réaction électrochimique réversible impliquant le carbonate a entraîné une augmentation de la densité énergétique de la cellule en augmentant la tension de fonctionnement tout en réduisant considérablement l'écart de tension pendant la charge et la décharge, améliorant ainsi l'efficacité énergétique.

De plus, la cellule sodium-air entièrement solide de l’équipe a présenté une capacité cinétique supérieure grâce au catholyte formé in situ, qui a une conduction rapide des ions sodium vers l’intérieur de l’électrode. Remarquablement, la cellule fonctionnait uniquement avec du métal et de l'air, sans équipement spécial supplémentaire pour un dispositif de filtration d'oxygène supplémentaire.

Le professeur Kang, qui a dirigé la recherche, a fait remarquer : « Nous avons conçu une méthode pour exploiter le carbonate, un défi de longue date dans le développement de batteries métal-air à haute énergie. Nous espérons être leader dans le domaine de la prochaine génération de batteries métalliques entièrement solides. -batteries à air, exploitant une plate-forme de cellules à base d'électrolyte solide qui reste stable dans les conditions ambiantes et offre une large plage de tension.