Batteries sans anode : une révolution écologique et abordable pour l'avenir des recharges rapides

ParisDes chercheurs de l'UChicago Pritzker Molecular Engineering et de l'UC San Diego ont franchi une étape importante dans la technologie des batteries. L'équipe dirigée par la Prof. Y. Shirley Meng a conçu la première batterie sodium à état solide sans anode. Cette nouvelle batterie, plus propre et moins chère que les batteries au lithium-ion, utilise du sodium, un matériau plus abondant et moins coûteux que le lithium. Elle se recharge rapidement et pourrait diminuer les coûts des véhicules électriques et des systèmes de stockage pour les réseaux électriques.

Les batteries lithium-ion traditionnelles présentent divers inconvénients :

Le lithium est onéreux en raison de sa rareté. Son extraction cause des dégâts environnementaux. La majorité des réserves mondiales de lithium se situe dans quelques régions spécifiques.

Le sodium, plus courant et écologique, provient de l'eau de mer et de l'extraction du carbonate de soude, le rendant ainsi idéal pour un usage généralisé. Cette innovation de l'équipe résout également les problèmes liés aux batteries traditionnelles.

Dans une batterie classique, les ions se déplacent de l'anode, à travers un fluide appelé l'électrolyte, vers la cathode. Les batteries sans anode éliminent l'anode en stockant directement les ions sur le collecteur de courant. Cette conception peut augmenter la capacité de stockage d'énergie et réduire les coûts, mais elle présente également des défis, comme assurer une bonne connexion entre l'électrolyte et le collecteur de courant.

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Les électrolytes liquides résolvent les problèmes de contact mais peuvent entraîner une accumulation appelée interface solide-électrolyte, rendant la batterie moins efficace avec le temps. Les électrolytes solides évitent cette accumulation mais n'assurent pas un bon contact. Des chercheurs ont résolu ce problème en utilisant un nouveau collecteur de courant fabriqué à partir de poudre d'aluminium. Cette poudre est comprimée sous haute pression, débutant molle puis devenant solide. Cela garantit un bon contact avec l'électrolyte et une meilleure efficacité du cycle de batterie.

Le nouveau design de batterie de l'équipe a fonctionné avec succès pendant plusieurs centaines d'utilisations, ce qui en fait une option prometteuse pour le stockage d'énergie futur. Grayson Deysher, doctorant à l'Université de Californie à San Diego et principal auteur de l'étude publiée dans Nature Energy, a souligné que c'est la première fois que les concepts de sodium, d'état solide et sans anode sont combinés avec succès.

La nouvelle batterie à état solide au sodium joue un rôle crucial dans la production accrue de batteries. Elle facilite la transition des combustibles fossiles vers les énergies renouvelables. Selon le Professeur Meng, il nous faut une heure pour un terawattheure d'énergie pour alimenter les États-Unis. Pour un avenir basé sur l'énergie durable, plusieurs centaines de terawattheures de batteries sont nécessaires. Cette nouvelle batterie est un élément clé de cette vision.

Les chercheurs Meng et Deysher ont déposé une demande de brevet pour leur innovation. Ils imaginent un futur où diverses options de batteries propres et abordables seront disponibles. Leur projet a été financé par la National Science Foundation via la bourse Partnerships for Innovation. Cette avancée semble prometteuse pour développer des solutions de stockage d'énergie plus durables et efficaces, bénéfiques à la fois pour l'environnement et l'économie.