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jeudi, décembre 8, 2022

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Une batterie au sodium capable de supporter des centaines de cycles de charge

L’un des premiers prototypes utilisant du sodium dans des batteries pouvant être rechargées des centaines de fois est dévoilé.

Distribution of electrons in the macrocyclic molecules of the electrode after charging the battery

Dans le but de créer de meilleures batteries pour une société de plus en plus dépendante de l’électronique, un appareil à base de sodium organique est sur les radars des chercheurs depuis un moment. L’utilisation du sodium pourrait être bénéfique car il est dit qu’il est plus facilement et abondamment disponible, ainsi qu’abordable, par rapport au lithium minier.

Aujourd’hui, des scientifiques de l’Imperial College de Londres, au Royaume-Uni, pensent avoir réussi à créer l’un des premiers prototypes d’une batterie à charge rapide sodium-ion pouvant être chargée et déchargée des centaines de fois sans perdre de capacité.

Ils affirment avoir surmonté l’un des principaux obstacles en remplaçant le lithium par du sodium – la taille des ions sodium, qui sont plus gros et nécessitent donc un matériau d’anode différent de celui du graphite.

Le Dr Florian Glöcklhofer, chercheur associé au département de chimie de l’université, explique que leur batterie sodium-ion utilise la molécule macrocyclique paracyclophanetetraene comme matériau d’électrode. La molécule macrocyclique est synthétisée en une étape en utilisant des matières premières facilement disponibles, le téréphtalaldéhyde et le bromure de triphénylphosphonium.

Cependant, il a surtout été choisi en raison de sa forme, que Glöcklhofer compare à un anneau d’ananas ou à un disque, où le tout au milieu est la partie essentielle.

« Quelle que soit la densité des macrocycles empilés dans l’électrode, il y aura toujours un espace au centre de ces molécules cycliques qui pourra être occupé par des ions sodium lors de la charge de la batterie. Cela aide à surmonter le problème que les ions sodium sont plus gros que les ions lithium », déclare-t-il.

La capacité actuelle des macrocycles, explique Glöcklhofer, est « d’environ 150 mAh g-1 à une densité de courant de 100 mA g-1 dans notre configuration de test. Cette capacité doit encore être améliorée avant de pouvoir être développée en une batterie avec des paramètres de performance comparables à des batteries entièrement développées ». Il souligne que la force du matériau actuel réside dans ses performances sur plusieurs cycles et dans des conditions de charge et de décharge rapides.

«Il est beaucoup plus difficile de trouver des matériaux d’électrode appropriés pour les batteries sodium-ion que pour les batteries lithium-ion. Notre développement montre une nouvelle façon de surmonter ce problème. Nous sommes convaincus que les nouveaux concepts et idées introduits peuvent déclencher de nouveaux développements passionnants dans le domaine des électrodes de batterie organiques », déclare Glöcklhofer.

Il pense qu’ils peuvent renforcer la capacité en améliorant la structure du macrocycle. « Actuellement, chaque macrocycle peut stocker deux électrons, mais nous pourrions peut-être augmenter ce nombre à six ou même huit électrons par macrocycle », ajoute Glöcklhofer. « Cependant, alors que la capacité est certainement un paramètre important, la stabilité du cycle peut être le paramètre le plus important pour certaines applications. »

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