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Des chercheurs mettent au point une batterie au sodium capable de se recharger en quelques secondes
Le sodium étant plus abondant que le lithium, cela pourrait changer notre façon d'utiliser l'électronique

Le , par Jade Emy

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5  0 
Des chercheurs ont mis au point un nouveau type de batterie qui se charge incroyablement vite, ce qui pourrait changer la façon dont nous utilisons tout, des smartphones aux voitures électriques.

Cette nouvelle batterie sodium-ion, mise au point par le professeur Jeung Ku Kang et son équipe du département de science et d'ingénierie des matériaux, pourrait changer la donne en matière de technologie de stockage de l'énergie. Le sodium, l'élément utilisé dans ces batteries, est plus de 500 fois plus abondant que le lithium, qui est actuellement utilisé dans la plupart des batteries rechargeables.

Malgré l'abondance du sodium, les batteries sodium-ion sont confrontées à des problèmes tels qu'une faible puissance de sortie et des temps de charge lents. Mais cette dernière innovation de l'équipe du professeur Kang au KAIST pourrait changer la donne. La recherche, à laquelle participent les doctorants Jong Hui Choi et Dong Won Kim du KAIST, a été publiée dans la revue Energy Storage Materials. Leur article décrit comment ils ont construit une batterie qui non seulement se charge rapidement, mais qui contient également beaucoup d'énergie.

La clé du succès réside dans la combinaison de deux types de matériaux traditionnellement utilisés séparément dans les batteries et les super-condensateurs. En mélangeant ces matériaux, l'équipe a créé un système hybride qui bénéficie du stockage d'énergie élevé des batteries et des capacités de charge et de décharge rapides des super-condensateurs.

Ce système hybride utilise un nouveau type d'anode (le côté négatif de la batterie) fabriquée à partir d'un sulfure de fer conducteur multivalent à faible cristallinité, intégré dans du carbone poreux dopé au soufre. La cathode (côté positif) est constituée d'un matériau dopé à l'oxygène à surface élevée. Ensemble, ces innovations permettent à la batterie de se charger rapidement tout en conservant une densité d'énergie élevée - une mesure de la quantité d'énergie qu'une batterie peut stocker.


Cette nouvelle technologie de batterie pourrait avoir un impact significatif sur plusieurs secteurs. Par exemple, les véhicules électriques équipés de ces batteries pourraient se recharger en quelques secondes seulement, soit à peu près le temps qu'il faut pour faire le plein d'un réservoir d'essence. De même, les téléphones portables et autres appareils intelligents pourraient passer beaucoup moins de temps attachés à un chargeur.

L'équipe du professeur Kang a démontré que sa nouvelle batterie sodium-ion peut surpasser les batteries lithium-ion traditionnelles en termes de densité énergétique et de densité de puissance. Plus précisément, leur batterie atteint une densité énergétique de 247 wattheures par kilogramme (Wh/kg) et une densité de puissance stupéfiante de 34 748 watts par kilogramme (W/kg).

Ces résultats impressionnants suggèrent que les batteries sodium-ion pourraient bientôt constituer une solution plus efficace et plus rentable pour le stockage de l'énergie. Avec un potentiel aussi prometteur, cette technologie pourrait bientôt trouver sa place dans toute une série d'applications, de l'électronique quotidienne aux technologies aérospatiales de pointe. L'avenir du chargement pourrait n'être qu'à quelques secondes, grâce à ce développement passionnant de la technologie des batteries.

De nouvelles batteries sodium-ion qui pourraient se charger en quelques secondes

Les accumulateurs d'énergie hybrides sodium-ion (SIHES) sont des accumulateurs d'énergie électrochimique prometteurs pour de nombreuses applications, mais leurs faibles densités d'énergie et de puissance doivent encore être surmontées. La recherche présente une stratégie permettant de réaliser des SIHES à très haute densité énergétique et à recharge rapide.

Des matériaux anodiques ultrafins à base de sulfure de fer et de carbone/graphène dopé au S (FS/C/G) sont synthétisés à partir d'hétéro-structures d'oxyde de graphène et de cadre métal-organique (MOF) à base de fer, via la formation et la sulfuration de carbone graphitique. Les analyses Operando et ex-situ révèlent que les sulfures de fer cyclés sont redimensionnés en fragments conducteurs de faible cristallinité avec des vides de Fe et des états Fe2+/Fe3+ multivalents.

La réduction de la taille des fragments à l'intérieur d'une structure poreuse 3D de carbone graphitique riche en N dopé au S induit des performances de FS/C/G à haute capacité et à haut débit. En outre, des matériaux cathodiques poreux 3D en carbone dopé O sont synthétisés à partir de structures zéolitiques d'imidazolate (ZIF) via des formations de micropores assistées par pyrolyse et de mésopores assistées par KOH.

Ce carbone poreux dérivé de ZIF (ZDPC) présente une surface ∼20 fois plus élevée (3972 m2/g) que les ZDC conventionnels, des micropores induits par l'O et des sites riches en N pour une capacité élevée, des défauts/mésopores accessibles aux ions induits par les hétéroatomes et des réseaux de carbone graphitique conducteurs riches en N. En outre, le FS/C/G/ZDPC a été synthétisé à partir de cadres zéolithiques d'imidazolate (ZIF).


En outre, le SHHES FS/C/G/ZDPC bénéficie de réactions capacitives et contrôlées par diffusion, comme le démontrent sa densité énergétique de 247 Wh kg-1, la plus élevée à ce jour, qui surpasse celle des SIHES de pointe, sa densité de puissance rechargeable rapidement (jusqu'à 34 748 W kg-1), qui dépasse de plus de 100 fois les réactions de type batterie, et sa stabilité cyclique avec une efficacité coulombienne de ∼100 % sur 5 000 cycles de charge-décharge.

Conclusion

En résumé, les chercheurs ont synthétisé des cadres de carbone graphitique poreux 3D dopés S et dopés O riches en N comme matériaux d'anode et de cathode pour des SIHES à haute performance. Tout d'abord, les hétéro-structures FS/C/G ont été dérivées en tant que matériau d'anode à haute capacité à partir des hétéro-structures MIL-100(Fe)/GO via la formation de carbone graphitique et la sulfuration assistée par échange d'anions. Les analyses Operando XRD, HRTEM et XPS ont révélé que les sulfures de fer cycliques ont été redimensionnés en sulfure de fer conducteur multivalent à faible cristallinité.

Source : Professeur Jeung Ku Kang et son équipe du département de science et d'ingénierie des matériaux

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Voir aussi :

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CATL, le plus grand fabricant de batteries fait une percée majeure dans la densité énergétique des batteries qui atteindrait maintenant les 500 Wh/kg. CATL compte entamer leur production cette année

La société chinoise Betavolt annonce une batterie nucléaire révolutionnaire d'une durée de vie de 50 ans : destinée à l'aérospatiale, à l'IA, au secteur médical, aux petits drones et robots

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Avatar de Fagus
Membre expert https://www.developpez.com
Le 06/05/2024 à 14:53
Apparemment, Tiamat, la boîte française des batteries sodium s'installe à Amiens :https://www.hautsdefrance.fr/amiens-...ion-de-tiamat/
Il ont déjà une visseuse électrique avec leur produit à Leroy Merlin...
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Avatar de powpowland
Futur Membre du Club https://www.developpez.com
Le 23/04/2024 à 6:29
Je suis ultra pour pour arrêter le lithium qui est ultra polluant et pas si performant qu'on voudrait nous le faire croire...
Mais plusieurs questions se posent sur des batteries alternatives au lithium :
-déjà sa recyclabilite, si c'est pas plus recyclable que le lithium, aucun interet
-son cout, si derrière, les magnats de la bourse font tout pour faire monter le prix et que ça nous coûte aussi cher que le lithium
-sa durabilité, si il faut en changer tous les 6 mois c'est contraignant, surtout si c'est mal recyclable
-son poids et sa taille, on parle de voiture électrique et de téléphone portable mais bon

Mais il est quand même urgent de vite arrêter le lithium, mais bon, comme c'est l'équivalent du pétrole niveau rendement financier, les États ne sont pas prêts à forcer les industriels à opérer un changement, plutôt le contraire...
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Avatar de Pierre Louis Chevalier
Expert éminent sénior https://www.developpez.com
Le 23/04/2024 à 16:48
Citation Envoyé par olaxius Voir le message
A priori ce n'est pas nouveau et déjà sur le marché et c'est français MOsieur
https://www.cnrs.fr/fr/actualite/bat...mes-tres-fiers

http://www.tiamat-energy.com

Les Coréens auraient ils copié une nouvelle techno ??
En tout cas ils sont plus forts que nous sur la com ça c'est sur !!
Ce qui est expliqué dans l'article c'est la vitesse de recharge.
Imagine une batterie de voiture qui tient 800 km, moins chère qu'une batterie au lithium, et qui se recharche en quelques secondes

Bon c'est plus au stade de la recherche mais ça fait rêver quand même, pour le futur...
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Avatar de commandantFred
Membre averti https://www.developpez.com
Le 24/04/2024 à 12:21
Le sodium (NA-ion) est une technologie déjà ancienne. Les principaux pays industrialisés ont tous une filière NA ion en cours de mise sur le marché en grands volumes.
La Chine est la première à proposer les batteries sodium à la vente (disponible sur Ali express ici )

En France, Tiamat annonce 120wh/kg alors que le chinois CATL annonce 160 wh/kg. D'autres fabricants chinois commencent à commercialiser leurs propres technologies. Une petite voiture citadine est déjà disponible en Chine MAIS :

Le prix des batteries sodium est encore très élevé. Si vous suivez le lien Ali express, une batterie sodium donnée pour 12v 100 Ah coute 582 €. L'équivalent en plomb gel coûte à peu près 210 € et 250 € en LFP (plus intéressant à bien des égards)
En plus, les plages de tension "normales" d'une batterie sodium s'étendent de 6 à 15 v contre 11 à 14.5 v pour une batterie plomb. Cette plage est actuellement impossible à gérer par des chargeurs du commerce. Il faut donc en bricoler un avec des circuits buck et boost ce qui n'est pas à la portée de tout le monde. Ou alors, on peut accepter de perdre une partie de l'énergie en travaillant avec des régulateurs calibrés pour le LFP.

Le suédois Northvolt a annoncé une "super"factory spécialisée dans le NA ion
Evidemment les USA, l'Australie, et beaucoup d'autres ont des travaux en cours.

Pour résumer. Les batteries sodium sont déjà là mais très chères et donc sans intérêt sauf peut être pour les grands froids que le lithium supporte très mal.

Beaucoup d'usines en cours de fabrication promettent d'inonder le marché mais leurs délais sont conditionnés par la maturité de leurs produits.
La baisse des prix aura lieu mais on ne sait absolument pas à quelle échéance.
Actuellement, le LFP est, selon moi, la seule techno de batterie vraiment intéressante : le prix du lithium a beaucoup baissé ce qui met la barre très haut pour une techno complètement nouvelle comme le sodium.

Ceci dit, les nouvelles sont encourageantes et la baisse des prix finira bien par arriver. J'espère simplement que ce sera avant la retraite...
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Avatar de smarties
Expert confirmé https://www.developpez.com
Le 22/04/2024 à 16:22
Nous voyons régulièrement de nouveaux type de stockage voir le jour mais peu sont sortis depuis.

Personnellement, j'attends :
- des onduleurs line interactive avec autre chose que du plomb
- des batteries solaires abordables et durables. On dirait que c'est du LiFePo4 qui prend progressivement le marché
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Avatar de Zefling
Expert confirmé https://www.developpez.com
Le 22/04/2024 à 16:57
Citation Envoyé par olaxius Voir le message
Les Coréens auraient ils copié une nouvelle techno ??
En tout cas ils sont plus forts que nous sur la com ça c'est sur !!
C'est surtout qu'on regarde même pas ce qui est fait en France.
Comme s'il ne pouvait y avoir aucune actu intéressante qui vient de France.
Pour moi c'est comme les actus sur les salaires, qui concerne que Paris ou les USA qui donne l'impression que le reste du monde n'existe pas.
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Avatar de Jipété
Expert éminent sénior https://www.developpez.com
Le 22/04/2024 à 18:36
Citation Envoyé par olaxius Voir le message
A priori ce n'est pas nouveau et déjà sur le marché et c'est français MOsieur
https://www.cnrs.fr/fr/actualite/bat...mes-tres-fiers

http://www.tiamat-energy.com
En espérant que leur invention fonctionne mieux que leur site, qui propose English ou Français mais le Français ne fonctionne pas, sauf la section "Our News", et quand on choisit English, "Our News" reste en Français.
Navrant, et ça ne fait pas sérieux...
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Avatar de vVDB.fr
Membre du Club https://www.developpez.com
Le 23/04/2024 à 12:02
On utilise le lithium car scientifiquement c'est ce qui offre la meilleure densité énergétique. Le sodium c'est moins bien, et certainement moins cher car plus abondant et il y en a des quantités astronomique dans l'eau de mer.
L'idée pour le sodium pourra être transposée pour le lithium.
Ce qu'il faut, c'est réduire les coûts de production.
La recharge instantanée nécessite des courants infinis... Il y aura un compromis a trouver, on ne peut recharger une voiture en ayant un appel de courant équivalent a plusieurs milliers de logements.
Attention à ne pas se faire avoir par de très bon pitch de startup en puissance.
Le sodium est inflammable à l'air et explosif à l'eau. Le feu de sodium au japon dans la sœur de super phénix à mis un terme au sodium dans les centrales nucléaires et Bill Gates investi dans une start-up qui propose le refroidissement au sodium dans son réacteur nucléaire, comment vont-ils gérer une homologation impossible ?
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Avatar de marc.collin
Membre émérite https://www.developpez.com
Le 23/04/2024 à 14:40
la nouvelle étant plus au niveau du rechargement de batterie de quelques secondes que si cela existait auparavant...

actuellement c'est quelques minutes de recharge

CATL est le leader du marché pour les batteries au sodium, sa deuxième génération devrait sortir 2024 et offrir une densité énergétique supérieur à 200Wh/kg

BYD est en train de créer une usine pour des batteries au sodium

Yiwei et JMEV propose déjà des petits véhicules à la vente qui ont des batterie au sodium
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Avatar de Forge
Membre régulier https://www.developpez.com
Le 08/05/2024 à 17:15
Les batteries au sodium permettent plus de cycles de recharge (ça c'est cool) mais elles sont moins efficaces rapport poids/puissance qu'une batterie au Lithium.
De fait, elles ne seront pas utilisées pour les batteries de voitures (comme pour l'hydrogène, ce serait complètement con), mais pour du petit matériel (n'empêche, quid du volume des "batteries" pour une durée d'utilisation identique ?).


Le sodium est présent partout ?
Super, alors on pourra ouvrir des mines partout... génial.
Et se sera pire que le lithium, car on aura aussi des milliards de tonnes de déchets en plus (dont on fera quoi) et des milliards de mètres cubes d'eau gaspillés en plus.


Un point récent
https://www.pv-magazine.fr/2024/03/2...le-au-lithium/

Petit rappel : nous sommes à la croisée des chemins. L'énergie devient cher, les ressources s'épuisent et nous DEVONS changer de paradigme. Si l'énergie devient facile à extraire et efficace, nous ne changerons rien du tout et continuerons allégrement à tout détruire, mais pas cher.
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