Les innovations dans le monde des batteries jouent un rôle majeur pour alimenter notre consommation d’énergie toujours plus intense. Récemment, les chercheurs du Dincă Group de l’Université de Princeton ont fait un sacré bond en avant en mettant au point une innovation technologique inédite. Cette nouvelle technologie mise sur un matériau de cathode organique appelé bis-tétraaminobenzoquinone (TAQ) et qui affiche des performances remarquables. Cette invention devrait pouvoir être utilisée dans les voitures électriques, les centres de données ainsi que dans les systèmes d’énergie renouvelable.
Une alternative plus durable aux batteries lithium-ion
Aujourd’hui, ce sont les batteries lithium-ion qui dominent le marché, mais elles présentent des inconvénients notables liés à l’extraction du lithium. Elles reposent sur le lithium, une matière dont l’extraction est plus compliquée et dont les réserves se font rares. À l’inverse, les batteries au sodium-ion offrent une solution plus accessible et moins onéreuse. Le sodium étant présent en grande quantité, il permettrait de limiter l’usage de ressources rares. Toutefois, jusqu’à présent, ces batteries étaient freinées par une densité énergétique assez basse, ce qui limitait leur adoption à grande échelle.
Avec l’arrivée du TAQ comme nouveau matériau de cathode, les chercheurs espèrent dépasser ces limitations. Le TAQ se distingue non seulement par son insolubilité, mais aussi par sa bonne conductivité, facilitant ainsi le passage des électrons.
Des performances boostées grâce au TAQ
Construire une batterie sodium-ion performante avec le TAQ a nécessité de revoir entièrement la conception par rapport aux technologies lithium-ion existantes. L’équipe a passé un an à peaufiner ses méthodes pour cette chimie particulière. Grâce à ces ajustements, la batterie obtenue atteint une performance tout près de sa capacité maximale théorique.
Le choix du liant a souvent fait la différence. Tianyang Chen commente : « Le liant sélectionné, les nanotubes de carbone, facilite le mélange des cristallites de TAQ avec les particules de noir de carbone, ce qui permet d’obtenir une électrode bien homogène ». Cette structure optimisée permet d’utiliser presque entièrement le matériau actif, repoussant ainsi la batterie à ses limites théoriques.
Mesures et rendement énergétique
Les tests menés sur cette nouvelle batterie sont impressionnants. Elle affiche une capacité théorique élevée de 355 mAh/g par unité de formule grâce à un processus redox à quatre électrons. La densité énergétique au niveau de l’électrode atteint 606 Wh/kg, avec 90 % du poids constitué du matériau actif. En plus, elle montre une stabilité de cyclage remarquable.
Ces performances signifient que la batterie sodium-ion peut être rechargée en beaucoup moins de temps pour fournir la même quantité d’énergie qu’une batterie classique ou encore stocker bien plus d’énergie dans le même intervalle de temps.
Source de l’étude : https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c17713
