Des chercheurs de l’Université d’Oxford et de l’Université des sciences de Tokyo ont publié le 17 décembre des études distinctes détaillant les progrès réalisés en matière de vitesse de charge des batteries sodium-ion et d’électrolytes solides qui maintiennent la conductivité. Scientifiques de l’Université des sciences de Tokyo a montré que les batteries sodium-ion utilisant des électrodes en carbone dur se chargent plus rapidement que les batteries lithium-ion conventionnelles. L’équipe du professeur Shinichi Komaba a appliqué une méthode d’électrode diluée, qui consiste à mélanger des particules de carbone dur avec de l’oxyde d’aluminium électrochimiquement inactif. Cette approche élimine les embouteillages ioniques qui se produisent dans les électrodes composites denses lors d’une charge rapide. Les chercheurs ont effectué une voltammétrie cyclique et une analyse électrochimique pour évaluer le mouvement des ions. Leurs mesures ont indiqué que les ions sodium traversent le carbone dur plus rapidement que les ions lithium. Le coefficient de diffusion apparent, qui quantifie la mobilité des ions, s’est avéré plus élevé pour le sodium que pour le lithium en général. Komaba a déclaré : « Nos résultats démontrent quantitativement que la vitesse de charge d’un SIB utilisant une anode HC peut atteindre des taux plus rapides que celle d’un LIB. » L’étude a en outre révélé que les ions sodium ont besoin de moins d’énergie d’activation pour créer des amas pseudo-métalliques à l’intérieur des nanopores de carbone dur. Cette propriété rend l’insertion du sodium dans le matériau moins affectée par les variations de température. La recherche de Tokyo a été publiée dans la revue Chemical Science. Ces résultats établissent les capacités de charge intrinsèques des anodes en carbone dur dans les batteries sodium-ion par rapport à leurs homologues lithium-ion. À l’Université d’Oxford, Paul McGonigal et la doctorante Juliet Barclay développé électrolytes à base de cyclopropénium. Ces matériaux organiques conservent leur conductivité ionique lors de la transition de l’état liquide à l’état solide. Ce développement va à l’encontre de l’observation électrochimique standard selon laquelle la mobilité des ions diminue fortement lorsque les liquides se solidifient. L’équipe a synthétisé des molécules en forme de disque équipées de chaînes latérales flexibles. Lors de la solidification, ces molécules s’auto-assemblent en structures colonnaires. La conception répartit uniformément la charge positive sur un noyau moléculaire plat. Cette configuration évite de piéger les ions négatifs et maintient un environnement perméable qui prend en charge le transport des ions. Barclay a fait remarquer : « Nous avons démontré qu’il est possible de concevoir des matériaux organiques de manière à ce que la mobilité des ions ne gèle pas lorsque le matériau se solidifie. » Les tests de l’étude ont confirmé une conductivité constante dans les phases liquide, cristal liquide et solide pour différents types d’ions. Publiés dans Science, les travaux d’Oxford mettent en évidence des performances constantes en matière de conductivité quel que soit l’état de phase. Les fabricants peuvent chauffer ces électrolytes à l’état liquide lors de l’assemblage de la batterie. Le refroidissement produit alors des formes solides stables qui empêchent les fuites et réduisent les risques d’incendie sans compromettre l’efficacité du mouvement des ions.
