Accumulateur sodium-ion

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Un accumulateur sodium-ion (ou batterie sodium-ion) est un type d'accumulateur électrique, utilisant un sel de sodium pour stocker de l'énergie.

Cette batterie pourrait être une alternative moins chère aux accumulateur lithium-ion.

Principes[modifier | modifier le code]

Comme toutes batterie, la batterie sodium-ion stocke de l'énergie via des liaisons chimiques qui peuvent se faire et se défaire côté anode. Quand la batterie est en charge des ions Na+ se « désintercalent » et migrent vers l'anode. Durant le temps d'équilibrage de charge, des électrons migrent de la cathode vers l'anode à travers le circuit externe contenant le chargeur. Lors de la décharge le processus inverse[1].

Des cellules sodium-ion se sont montrées capables d'entretenir une tension de 3,6 volts (pour 115 Ah/kg) après 50 cycles de charge/décharge, soit une énergie spécifique à la cathode équivalent à environ 400 Wh/kg[2], mais leur performance en termes de nombre de cycle n'atteint pas à ce jour celles des batteries de type non-aqueux Li-ion commercialisées.

Faradion affirme avoir amélioré le nombre cycle de recharge complète d'un accumulateur Na-ion en utilisant une cathode en oxyde stratifié[3].

Coûts[modifier | modifier le code]

Ses promoteurs espèrent qu'une fois produite en masse, elle sera beaucoup moins chère que son alternative à base de lithium, du fait du faible coût du sodium[4] et d'un assemblage plus simple[5].

La combinaison des deux technologie (sodium et lithium) pourrait peut-être permettre de produire des batteries très efficientes et moins chères[6].

Recherche et développement[modifier | modifier le code]

Les recherches à l'Université des sciences de Tokyo ont conduit à un prototype en mai 2012[7]

En 2014 Aquion énergie a réussi à produire une batterie sodium-ion commercialement disponible avec un coût et des capacités (en kWh) semblables à ceux d'une batterie plomb-acide, et pouvant être utilisée comme source d'alimentation de secours pour des micro-réseaux électriques (microgrids)[8]

Une autre société (Faradion) produit une gamme de matériaux sodium-ion à faible coût, qui sont une alternative aux technologies lithium-ion. Contrairement aux batteries sodium-soufre[9], des batteries aux ions sodium peuvent être portables et fonctionner à température ambiante (env. 25°C). Par rapport aux modèles "lithium-ion", les accumulateurs Sodium-ion offrent aussi des fonctionnalités améliorées en termes de sécurité et de transport.

Dans les batteries qui doivent rapidement se charger/décharger, les anode rigides posent problème : elles sont souvent trop fragiles pour résister aux cycles de rétractions/gonflements induits par les flux d'ions qui vont et viennent lors des cycles de chargement/décharge. Une étude récente a montré que le remplacement de telles anodes par des anodes en bois recouvert d'étain pourrait être intéressant : les anodes souples de bois étamé ont ainsi résisté à plus de 400 cycles de charge. Et après ces centaines de cycles, le bois était ridé presque intact. Les modèles informatiques indiquent que ces type de rides réduire efficacement le stress pendant la charge et la recharge. Les Ions Na se déplacent à travers les parois des cellules fibreuses et diffuse au (Sn) surface du film d'étain[10],[11]

Un autre étude a testé la possibilité d'utiliser un composite MoS2/papier graphène comme une électrode, en réussissant à produire 230 Ah/kg avec une efficacité de Coulomb atteignant environ 99%[12],[13],[14].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Zumdahl, Steven (3 December 2007). Chemical Principles. Cengage Learning. p. 495. ISBN 0-618-94690-X.
  2. Ellis, B. L.; Makahnouk, W. R. M.; Makimura, Y.; Toghill, K.; Nazar, L. F. (2007). "A multifunctional 3.5V iron-based phosphate cathode for rechargeable batteries". Nature Materials 6 (10): 749–53. doi:10.1038/nmat2007. PMID 17828278
  3. Barker, J.; Heap, R.J.; Roche, N.; Tan, C.; Sayers, R.; Lui, Y. "Low Cost Na-ion Battery Technology" (PDF). Faradion Limited. Retrieved December 2014
  4. Bullis, Kevin (December 2, 2009). "Sodium-Ion Cells for Cheap Energy Storage". Technology Review.
  5. « Aquion Energy : une batterie « salée » pour stocker les énergies renouvelables », sur le site cleantechrepublic.com
  6. Ellis, B. L.; Makahnouk, W. R. M.; Makimura, Y.; Toghill, K.; Nazar, L. F. (2007). "A multifunctional 3.5V iron-based phosphate cathode for rechargeable batteries". Nature Materials 6 (10): 749–53. doi:10.1038/nmat2007. PMID 17828278
  7. Des batteries sodium pour remplacer le lithium-ion ?, sur le site cnetfrance.fr
  8. Bullis, Kevin (November 14, 2014). "Battery to Prop Up Renewable Power Hits the Market". Technology Review. Consulté décembre 2014.
  9. "About Sodium-Sulfur (NaS) Batteries" The Energy Blog, January 18, 2006,
  10. "A battery made of wood: long-lasting, efficient, environmentally friendly". KurzweilAI. Consulté 2013-06-25.
  11. Zhu, H.; Jia, Z.; Chen, Y.; Weadock, N.; Wan, J.; Vaaland, O.; Han, X.; Li, T.; Hu, L. (2013). "Tin Anode for Sodium-Ion Batteries Using Natural Wood Fiber as a Mechanical Buffer and Electrolyte Reservoir". Nano Letters 13 (7): 3093–100. doi:10.1021/nl400998t. PMID 23718129. edit
  12. Indian-origin develops paper electrode for sodium-ion battery, The Economist Times, 30 January 2014
  13. David, L.; Bhandavat, R.; Singh, G., « MoS2/Graphene Composite Paper for Sodium-Ion Battery Electrodes », ACS Nano, vol. 8, no 2,‎ , p. 1759–70 (DOI 10.1021/nn406156b)
  14. Johnson, D., « Graphene Composite Offers Critical Fix for Sodium-ion Batteries », IEEE Spectrum Nanoclast,‎