Les chercheurs de KAIST ont développé une batterie hybride sodium-ion révolutionnaire avec une puissance et une densité énergétique élevées, promettant une charge rapide pour les applications dans les véhicules électriques et d’autres technologies avancées.
Le sodium (Na), étant plus de 500 fois plus abondant que le lithium (Li), a récemment suscité un intérêt considérable en raison de son utilisation potentielle dans les technologies de batteries sodium-ion.
Cependant, les batteries sodium-ion existantes sont confrontées à des limites fondamentales, notamment une puissance de sortie inférieure, des propriétés de stockage limitées et des temps de charge plus longs, ce qui nécessite le développement de matériaux de stockage d'énergie de nouvelle génération.
Le 11 avril, KAIST (représenté par le président Kwang Hyung Lee) a annoncé qu'une équipe de recherche dirigée par le professeur Jeung Ku Kang du Département de science et d'ingénierie des matériaux avait développé une batterie hybride sodium-ion à haute énergie et haute puissance, capable d'une charge rapide.
Caractérisations électrochimiques des cellules complètes FS/C/G-20//ZDPC SIHES (à gauche). Graphiques Ragone pour FS/C/G-20//ZDPC (ce travail) et d'autres dispositifs de stockage d'énergie électrochimique sodium-ion précédemment signalés (à droite). Crédit : Laboratoire de simulation et de fabrication de nanomatériaux KAIST
Le système innovant de stockage d’énergie hybride intègre des matériaux d’anode généralement utilisés dans les batteries avec des cathodes adaptées aux supercondensateurs. Cette combinaison permet à l’appareil d’atteindre à la fois des capacités de stockage élevées et des taux de charge-décharge rapides, le positionnant comme une alternative viable de nouvelle génération aux batteries lithium-ion.
Relever les défis technologiques
Cependant, le développement d'une batterie hybride à haute énergie et haute densité de puissance nécessite une amélioration du taux de stockage d'énergie lent des anodes de type batterie ainsi que l'amélioration de la capacité relativement faible des matériaux cathodiques de type supercondensateur.
Procédures de synthèse schématiques de matériaux d'anode et de cathode à haute capacité/haut débit pour un stockage d'énergie hybride sodium-ion (SIHES) et leurs mécanismes de stockage d'énergie proposés. Procédures de synthèse pour (a) l'anode en carbone/graphène (FS/C/G) dopé au S ultrafin incrustée de sulfure de fer et (b) les matériaux de cathode en carbone poreux dérivé d'une charpente d'imidazolate zéolitique (ZDPC). (c) Mécanismes de stockage d'énergie proposés pour les ions Na+ dans l'anode FS/C/G et les ions ClO-4 dans la cathode ZDPC pour un SIHES. Crédit : Laboratoire de simulation et de fabrication de nanomatériaux KAIST
Pour tenir compte de cela, l’équipe du professeur Kang a utilisé deux structures métallo-organiques distinctes pour la synthèse optimisée de batteries hybrides. Cette approche a conduit au développement d'un matériau d'anode avec une cinétique améliorée grâce à l'inclusion de fins matériaux actifs dans du carbone poreux dérivé de structures métallo-organiques.
De plus, un matériau cathodique de grande capacité a été synthétisé et la combinaison des matériaux cathodiques et anodiques a permis le développement d'un système de stockage sodium-ion optimisant l'équilibre et minimisant les disparités dans les taux de stockage d'énergie entre les électrodes.
Performances et applications potentielles
La cellule complète assemblée, comprenant l’anode et la cathode nouvellement développées, forme un dispositif de stockage d’énergie hybride sodium-ion haute performance. Cet appareil surpasse la densité énergétique des batteries lithium-ion commerciales et présente les caractéristiques de la densité de puissance des supercondensateurs. Il devrait convenir aux applications de charge rapide allant des véhicules électriques aux appareils électroniques intelligents et aux technologies aérospatiales.
Le professeur Kang a noté que le dispositif de stockage d'énergie hybride sodium-ion, capable de charger rapidement et d'atteindre une densité énergétique de 247 Wh/kg et une densité de puissance de 34 748 W/kg, représente une avancée décisive pour surmonter les limites actuelles des systèmes de stockage d'énergie. Il prévoit des applications plus larges sur divers appareils électroniques, y compris les véhicules électriques.
L'étude a été menée avec le soutien du ministère des Sciences et des TIC et de la Fondation nationale de recherche de Corée dans le cadre du projet de développement de la technologie des nanomatériaux.
