Une batterie sodium-soufre créée par des ingénieurs de l’Université du Texas à Austin résout l’un des plus grands obstructions qui ont freiné la technologie en tant qu’alternative commercialement viable aux batteries lithium-ion omniprésentes qui alimentent tout, des smartphones aux véhicules électriques.
Le sodium et le soufre se distinguent comme des matériaux attrayants pour la creation future de batteries, automobile ils sont moins chers et furthermore largement disponibles que des matériaux tels que le lithium et le cobalt, qui présentent également des préoccupations en matière d’environnement et de droits humains. Pour cette raison, les chercheurs ont travaillé au cours des deux dernières décennies pour rendre viables les batteries à base de sodium à température ambiante.
“Je l’appelle une technologie de rêve parce que le sodium et le soufre sont abondants, sans danger pour l’environnement et au coût le additionally bas auquel vous pensez”, a déclaré Arumugam Manthiram, directeur du Texas Materials Institute de l’UT et professeur au Walker Division of Mechanical Engineering. « Avec l’élargissement de l’électrification et le besoin accru de stockage d’énergie renouvelable à l’avenir, le coût et l’abordabilité seront le seul facteur dominant. »
Dans l’une des deux avancées récentes sur les batteries au sodium de l’UT Austin, les chercheurs ont modifié la composition de l’électrolyte, le liquide qui facilite le mouvement des ions entre la cathode et l’anode pour stimuler la charge et la décharge des batteries. Ils se sont attaqués au problème courant dans les batteries au sodium de la croissance de structures en forme d’aiguilles, appelées dendrites, sur l’anode qui peuvent provoquer une dégradation rapide de la batterie, un court docket-circuit et même un incendie ou une explosion.
Les chercheurs ont publié leurs découvertes dans un posting récent du Journal of the American Chemical Modern society.
Dans les électrolytes précédents pour les batteries sodium-soufre, les composés intermédiaires formés à partir du soufre se dissolvaient dans l’électrolyte liquide et migraient entre les deux électrodes à l’intérieur de la batterie. Cette dynamique, connue sous le nom de navette, peut entraîner une perte de matière, une dégradation des composants et la formation de dendrites.
Les chercheurs ont créé un électrolyte qui empêche le soufre de se dissoudre et résout ainsi les problèmes de navette et de dendrite. Cela permet un cycle de vie moreover extensive pour la batterie, montrant une overall performance secure sur 300 cycles de cost-décharge.
“Lorsque vous mettez beaucoup de sucre dans l’eau, cela devient sirupeux. Tout n’est pas dissous”, a déclaré Amruth Bhargav, doctorant au laboratoire de Manthiram. “Certaines choses sont à moitié liées et à moitié dissoutes. Dans une batterie, nous voulons qu’elle soit à moitié dissoute.”
Le nouvel électrolyte de batterie a été conçu dans la même veine en diluant une solution saline concentrée avec un solvant inerte, non participatif, qui préserve l’état “demi-dissous”. Les chercheurs ont découvert qu’un tel électrolyte empêche les réactions indésirables au niveau des électrodes et prolonge ainsi la durée de vie de la batterie.
Le prix du lithium a grimpé en flèche au cours de l’année écoulée, soulignant le besoin d’alternatives. L’exploitation minière du lithium a été critiquée pour ses impacts environnementaux, notamment l’utilisation intensive des eaux souterraines, la air pollution des sols et de l’eau et les émissions de carbone. En comparaison, le sodium est disponible dans l’océan, moins cher et furthermore respectueux de l’environnement.
Les batteries lithium-ion utilisent généralement également du cobalt, qui est cher et extrait principalement en République démocratique du Congo, en Afrique, où il a des impacts importants sur la santé humaine et l’environnement. L’année dernière, Manthiram a fait la démonstration d’une batterie lithium-ion sans cobalt.
Les chercheurs prévoient de tirer parti de leur percée en la testant avec des batteries furthermore grosses pour voir si elle peut être relevant à des technologies telles que les véhicules électriques et le stockage de ressources renouvelables telles que l’éolien et le solaire.
Les autres auteurs de l’article incluent les boursiers postdoctoraux du Texas Supplies Institute Jiarui He et Woochul Shin. La recherche a été financée par des subventions du Bureau des sciences fondamentales de l’énergie du Département de l’énergie des États-Unis, Division de la science et de l’ingénierie des matériaux.