Batterie sodium-ion

Les batteries sodium-ion sont des batteries rechargeables à ions métalliques qui utilisent des ions de sodium comme porteurs de charge. Les batteries au sodium-ion ont été identifiées comme des alternatives attrayantes aux batteries lithium-ion, car elles sont fabriquées à partir de matières premières moins chères, plus abondantes et moins toxiques.

Les sels de sodium de qualité sont bon marché et abondants, beaucoup plus que ceux du lithium. Cela en fait une alternative rentable, en particulier pour les applications où le poids et la densité énergétique sont d'importance mineure, comme le stockage d'énergie pour les sources d'énergie renouvelables telles que l'éolien et le solaire.

Ces cellules peuvent être complètement drainées sans endommager les matériaux actifs. Elles peuvent ainsi être stockées et expédiées en toute sécurité. Les batteries lithium-ion doivent conserver environ 30% de la charge pendant le stockage, ce qui est suffisant pour qu'elles puissent court-circuiter et prendre feu pendant l'expédition.

De plus, les batteries ion-sodium présentent d'excellentes caractéristiques électrochimiques en termes de décharge de charge, de réversibilité, d'efficacité coulombienne et de capacité de décharge spécifique.

Potentiel des batteries sodium-ion dans divers domaines

En 2014, Aquion Energy a mis sur le marché une batterie sodium-ion avec une capacité de coût/kWh similaire à celle d'une batterie au plomb. Selon l'entreprise, elle était efficace à 85%. En 2016, des chercheurs ont annoncé un prototype utilisant des électrodes symétriques en dioxyde de manganèse dans un bain d'eau salée.

Comprendre le fonctionnement des batteries sodium-ion

Les batteries sodium-ion stockent l'énergie dans les liaisons chimiques de l'anode. La charge de la batterie force les ions Na+ à se dés-intercaler de la cathode et à migrer vers l'anode. Les électrons d'équilibrage passent de la cathode à travers le circuit externe contenant le chargeur. Pendant la décharge, le processus s'inverse. Une fois qu'un circuit est ouvert, les électrons reviennent de l'anode à la cathode et les ions Na+ reviennent à la cathode.

Batterie sodium-soufre

Les batteries sodium-soufre (NaS) ont été initialement développées par Ford Motor Company dans les années 1960 et par la suite la technologie a été vendue à la société japonaise NGK. Une batterie sodium-soufre est un type de batterie thermique construit à partir de sodium liquide (Na) et de soufre (S). Ce type de batterie a une densité énergétique élevée, un rendement de charge/décharge élevé, une longue durée de vie, et est fabriqué à partir de matériaux peu coûteux. Les températures de fonctionnement de 300 à 350°C et la nature hautement corrosive des polysulfures de sodium les rendent particulièrement adaptés aux applications de stockage d'énergie en stationnaire. La cellule devient plus économique lorsque la taille s’accroît.

Optimisation du design des batteries sodium-ion

Des anodes en alliage métallique composées d'antimoine (Sb), d'étain (Sn), de phosphore (P), de germanium (Ge) et de plomb (Pb) ont été étudiées. Les anodes de carbone fournissent des complexes organiques pour le stockage des ions Na +, tandis que les anodes alliées forment des complexes inorganiques avec les ions Na. Cette capacité confère aux anodes en alliage une plus grande capacité théorique que celles en carbone.