Utiliser le sodium pour fabriquer des batteries plus durables

Utiliser le sodium pour fabriquer des batteries plus durables

Le lithium est un élément largement utilisé dans les batteries, car il permet un stockage d'énergie stable et durable. Cependant, il s'agit d'une ressource limitée, et les chercheurs travaillent donc d'arrache-pied pour trouver des matériaux de remplacement à utiliser dans la production de batteries. À l'aide du Centre canadien de rayonnement synchrotron de l'Université de la Saskatchewan, une équipe de l'Université McGill a récemment trouvé un moyen de remplacer la majeure partie du lithium des batteries par du sodium.

Le travail est publié dans la revue Recherche avancée sur l'énergie et la durabilité.

Le défi lié à l’utilisation du sodium est que le matériau de la cathode devient instable lorsqu’il est exposé à l’air, un gros problème si vous souhaitez rééquiper les installations de fabrication existantes qui produisent actuellement des batteries lithium-ion.

« Le sodium réagit avec le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau présents dans l'air, ce qui produit du carbonate de sodium et d'autres produits », explique Eric McCalla, professeur agrégé au département de chimie de l'Université McGill. « L'eau peut pénétrer dans le matériau et le transformer en une structure complètement différente, ce qui n'est pas un bon matériau pour les batteries. »

L'équipe de McCalla a utilisé ce qu'il appelle des « substitutions sauvages » pour tester simultanément l'impact de 52 éléments différents sur la stabilité d'une batterie sodium-ion. La ligne de faisceau HXMA du CLS leur a permis d'obtenir des informations détaillées et localisées sur la batterie après utilisation, ce qui leur a permis de comprendre quels éléments étaient efficaces pour maintenir la stabilité de la batterie, lorsqu'ils étaient utilisés avec du sodium.

Pour donner un sens à leurs montagnes de données, qui comprenaient d’innombrables variables interdépendantes, l’équipe de McCalla a utilisé l’apprentissage automatique, un outil puissant, dit-il, pour rationaliser de grandes quantités d’informations complexes.

« La machine est capable de découpler les variables », explique McCalla. « Elle peut écrire une fonction complexe qui prend en compte tous les paramètres concurrents. » Cela leur a permis de comprendre quels matériaux affectaient réellement les performances et quelles variables jouaient un rôle moins important.

Les batteries sodium-ion ont encore un long chemin à parcourir avant de remplacer complètement les batteries lithium-ion, en particulier dans les véhicules électriques. Il s'agit donc toujours d'un domaine essentiel de recherche et de découverte.

« Les gens travaillent sur les batteries au lithium depuis plus de 40 ans et elles sont très performantes », déclare McCalla. « Utiliser des matériaux plus durables est un objectif formidable, mais la barre est haute. Nous avons fait des progrès et nous allons continuer à travailler très dur pour améliorer ces matériaux. »