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Se renseigner sur les Batteries sodium-ion

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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.

Applications des batteries sodium ion

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.

En novembre 2017, le Réseau français de stockage d'énergie électrochimique (RS2E) a annoncé son intention de produire une batterie au format 18650 d'ici 2020. La batterie aura un voltage de 3,5V, une densité énergétique de 90Wh/Kg, effectuera plus de 2 000 cycles de charge et décharge sans perte de performance significative, et une espérance de vie de plus de 10 ans en utilisation continue.

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.

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.

Dans une étude, des anodes en bois revêtues d'étain ont remplacé les bases d'anodes rigides. Les fibres de bois ont résisté à plus de 400 cycles de charge. Une autre étude a utilisé du papier composite MoS2/graphène comme électrode, produisant 230 Ah/kg avec une efficacité coulombienne atteignant environ 99%.

Des tests ont indiqué qu'une cathode de phosphate de sodium et de fer pouvait remplacer une cathode de phosphate de fer et de lithium dans une cellule Li-ion. La combinaison lithium-ion et sodium-ion réduirait les coûts de fabrication.

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