Des scientifiques conçoivent une batterie sodium-ion à faible coût avec des matériaux bon marché

D’après pv magazine International

Une équipe internationale de chercheurs a développé un système de batterie sodium-ion (SIB) basé sur une cathode de type P2, Na0,67Mn0,33Ni0,33Fe0,33O2, et une anode en carbone dur fabriqué à partir de résidus de fleurs de lavande. Le système est présenté dans l’étude « Batteries sodium-ion à coût réduit utilisant une cathode Na0,67Mn0,9Ni0,1O₂ et un carbone dur issu de résidus de fleurs de lavande, avec une approche comparative de présodiation », publiée dans le Journal of Power Sources. La présodiation désigne une opération consistant à introduire du sodium dans une électrode avant le premier cycle de charge.

Cette configuration vise une fabrication à faible coût, tout en garantissant scalabilité et durabilité environnementale, les deux matériaux d’électrode étant décrits comme des précurseurs largement accessibles. « La diversité des plantes et la capacité de production sont des facteurs importants pour la commercialisation des SIB, car les carbones durs d’origine végétale sont à la fois durables et économiques, expliquent les chercheurs, qui regroupent des scientifiques de l’Université Inonu, de l’Université technique d’Istanbul, de l’Université Malatya Turgut Ozal et de l’Université d’Aksaray (Turquie), ainsi que de l’institut coréen des sciences et technologie et de la Quaid-i-Azam University (Pakistan). Le carbone dur issu des plantes préserve la microstructure des tissus végétaux, ce qui améliore la pénétration de l’électrolyte et la diffusivité du sodium ».

Les scientifiques estiment la production mondiale de lavande à environ 1 000 à 1 500 tonnes par an. Cependant, seule une petite partie peut être utilisée pour les électrodes, car seuls les résidus floraux sont adaptés à la conversion en carbone dur. Ils soulignent également que l’anode en carbone dur et la cathode de type P2 présentent des réservoirs de sodium insuffisants, ce qui limite les performances électrochimiques. « Ce travail comble cette lacune en évaluant les performances en cellule complète de P2-Na0,67Mn0,9Ni0,1O2 couplé à du carbone dur dérivé des résidus de fleurs de lavande, selon différentes méthodes de présodiation », précisent-ils.

Bonne stabilité structurelle

Pour caractériser les électrodes, les chercheurs ont utilisé la diffraction des rayons X (XRD), la microscopie électronique à balayage (SEM), la spectroscopie photoélectronique X (XPS), la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et la spectroscopie Raman. La cathode présente une structure hexagonale P63/mmc, tandis que l’anode montre les pics larges caractéristiques du carbone amorphe. Les analyses SEM et TEM ont révélé des grains de cathode de l’ordre du micromètre et une surface poreuse du carbone dur. Les mesures EDS et XPS confirment une bonne stabilité structurelle. L’incorporation de nickel (Ni) améliore également les propriétés structurelles, électroniques et électrochimiques de la cathode.

Les tests électrochimiques confirment des capacités initiales de 200 mAh/g pour la cathode et 360 mAh/g pour l’anode, avec des rétentions après 100 cycles de 42 % et 67,4 %. Le dopage au nickel améliore la conductivité et la stabilité de la cathode, et l’anode montre une bonne capacité de stockage du sodium, offrant des performances prometteuses en demi-cellule et en cellule complète. « Cette étude met en évidence le potentiel de développement de SIB à partir de matériaux d’électrodes à faible coût et durables, concluent les chercheurs. L’optimisation des stratégies de présodiation offre des opportunités pour des technologies SIB commerciales et évolutives. »

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