Des chercheurs chinois ont mis au point une batterie sodium-soufre sans anode fonctionnant à température ambiante.
Offrant une tension élevée de 3,6 V et une densité énergétique record, cette technologie promet une alternative plus sûre et bien moins chère que le lithium-ion pour le stockage à grande échelle et les appareils portables.
La quête d'alternatives aux batteries lithium-ion s'intensifie. Bien qu'efficaces, ces dernières posent des défis croissants en termes de coûts, de sécurité et d'approvisionnement en matières premières.
Dans ce contexte, l'association du sodium et du soufre a longtemps été une piste prometteuse, mais limitée par des obstacles techniques majeurs qui semblaient insurmontables.
Le dilemme des batteries sodium-soufre traditionnelles
Jusqu'à présent, les tentatives de créer des batteries viables se heurtaient à un mur. Les modèles existants, basés sur une chimie S/Na2S, souffraient d'une tension de décharge très faible, inférieure à 1,6 V, en exploitant les propriétés du soufre.
Cette performance médiocre était bien loin des standards imposés par les technologies au lithium.
Illustration IA
Pour compenser cette faible tension, les ingénieurs devaient utiliser une quantité disproportionnée de sodium métallique à l'anode, parfois dix fois supérieure à celle d'une batterie classique.
Cette contrainte annulait non seulement l'avantage économique du matériau, mais elle sacrifiait également la densité énergétique et la sécurité globale du dispositif.
Une nouvelle alchimie pour débloquer le potentiel
La percée vient d'une équipe de l'Université Jiao Tong de Shanghai, qui a repensé l'architecture même de la batterie. Ils ont réussi à activer une réaction redox soufre à haute valence (S0/S4+) à température ambiante, un exploit jusqu'alors inédit.
Cette chimie permet d'atteindre une tension de 3,6 V, rivalisant directement avec les accumulateurs lithium-ion.
Test de combustion du NaDCA par rapport à un électrolyte classique
Le secret réside dans un électrolyte innovant à base de chloroaluminate non inflammable, auquel est ajouté du dicyanamide de sodium (NaDCA). Cet additif joue un double rôle crucial : il stabilise la chimie complexe au niveau de la cathode tout en améliorant la réversibilité du dépôt de sodium sur le collecteur de courant en aluminium, qui remplace l'anode traditionnelle.
Des performances et des défis à la hauteur des enjeux
Les résultats sont spectaculaires. La nouvelle batterie au sodium affiche une densité énergétique maximale de 1 198 Wh/kg et une capacité de décharge de 715 mAh/g. En ajoutant un catalyseur spécifique (Bi-COF), ces chiffres grimpent respectivement à 2 021 Wh/kg et 1 206 mAh/g, des valeurs qui dépassent de nombreuses technologies actuelles.
Sur le plan économique, le coup de massue est encore plus fort. Le coût de production est estimé à seulement 5,03 dollars par kWh, un chiffre qui tranche radicalement avec les solutions existantes.
Cependant, tout n'est pas encore parfait ; l'électrolyte, bien que non inflammable, est très corrosif et sa stabilité à long terme au contact de l'air reste à démontrer. Si ces derniers obstacles sont surmontés, cette technologie pourrait constituter une alternative intéressante pour le stockage d'énergie et les appareils électroniques portables.
