Un nouvel angle d’approche pour les matériaux de batterie pourrait rapprocher l’énergie stockée et les vitesses de recharge des batteries sodium-ion de celles des batteries lithium-ion, selon des scientifiques.
(Crédit image : MirageC/Getty Images) Abonnez-vous à notre newsletter
De nouvelles batteries sodium-ion (Na-ion) pourraient offrir des vitesses de recharge beaucoup plus rapides, une densité d’énergie supérieure et des améliorations de la sécurité par rapport aux batteries lithium-ion (Li-ion) conventionnelles, selon les scientifiques.
En utilisant des batteries Na-ion, une alternative aux batteries Li-ion présentes dans la majorité des appareils actuels, des chercheurs de l’Université de Tokyo ont utilisé un nouvel électrolyte à base de carbone pour améliorer la densité d’énergie et les vitesses de recharge des batteries Na-ion.
Toutes les batteries contiennent une anode et une cathode, les deux électrodes qui déterminent le flux de courant entrant et sortant de l’appareil. Dans les batteries Li-ion, la cathode est principalement constituée de graphite, car c’est un excellent matériau pour stocker les ions lithium à décharger ultérieurement.
Mais les batteries Na-ion utilisent du carbone dur (HC) – une combinaison poreuse de milliers d’« unités structurales basiques turbostratiques », essentiellement une structure cristalline complexe, qui excelle dans le stockage des ions sodium. C’est, en théorie, un matériau de recharge très rapide.
Les recherches antérieures sur le HC ont révélé qu’il était difficile de prouver que ce taux de charge théorique était pratiquement réalisable, car les ions entrant dans l’électrolyte dense à grande vitesse subissent un ralentissement similaire à un embouteillage. Mais dans une nouvelle étude publiée le 15 décembre 2025 dans la revue Chemical Science, les scientifiques se sont donné pour mission de surmonter cet obstacle.
Réduire les risques des batteries Li-ion
Les chercheurs ont combiné de faibles concentrations de HC avec de l’oxyde d’aluminium, un matériau chimiquement inerte, pour former une électrode combinée. Cela a permis aux ions de circuler librement dans les particules de HC sans problèmes d’« embouteillage ».
Le problème résolu, les chercheurs ont ensuite prouvé que les ions sodium pouvaient entrer dans le HC à des vitesses similaires à celles des ions lithium entrant dans le graphite d’une batterie Li-ion.
Les chercheurs ont également constaté que le goulot d’étranglement pour l’ensemble du processus est la vitesse à laquelle les ions remplissent les « pores » du HC, où les « pores » décrivent le processus par lequel les ions forment des amas pseudo-métalliques à l’intérieur des pores nanoscopiques à la surface du HC.
Grâce à une analyse minutieuse, les chercheurs ont découvert que les ions sodium nécessitent moins d’énergie pour former ces amas. Cette découverte indique que, dans les bonnes conditions, les batteries Na-ion – également appelées SIB – peuvent atteindre des vitesses de charge plus rapides que les batteries Li-ion.
“Un point clé sur lequel se concentrer pour développer des matériaux HC améliorés pour les SIB à charge rapide est d’atteindre une cinétique plus rapide du processus de remplissage des pores afin qu’ils puissent être accessibles à des vitesses de recharge élevées”, a expliqué Shinichi Komaba, auteur principal de l’étude et professeur au département de chimie appliquée de l’Université de science de Tokyo, dans un communiqué. “De plus, nos résultats suggèrent que l’insertion de sodium est moins sensible à la température, compte tenu d’une énergie d’activation plus faible que la lithiation.”
Dans le monde réel, ces résultats pourraient aider les batteries Na-ion à être plus largement adoptées pour des utilisations nécessitant des vitesses de charge ou de décharge extrêmement rapides. Par exemple, les systèmes de stockage d’énergie par batterie à l’échelle du réseau bénéficieraient de la capacité de décharger rapidement de l’énergie sur demande. Il est également primordial que les batteries restent stables lorsqu’elles sont utilisées à grande échelle pour stocker l’énergie produite par des sources renouvelables.
Les batteries Na-ion sont plus sûres que les batteries Li-ion, comme l’a noté une étude de 2025 menée par des chercheurs de l’Université islamique de technologie, de l’Université d’État de l’Idaho et de l’Université de Waterloo. Cela est dû au fait que les ions sodium stables qu’elles contiennent sont moins sujets à la réaction en chaîne qui fait brûler, voire exploser, les batteries Li-ion lorsqu’elles sont endommagées.
Le National Fire Chiefs Council du Royaume-Uni a déclaré que les systèmes de stockage d’énergie par batterie utilisant des batteries Li-ion présentaient un “risque d’incendie important”, notamment parce qu’une fois enflammées, ces batteries ne peuvent pas être facilement éteintes.
Le déraillement thermique, le processus auto-entretenu qui provoque l’inflammation des batteries Li-ion, peut même se maintenir sans oxygène. Le British Safety Council a noté qu’après s’être enflammées, les batteries Li-ion de certains véhicules électriques peuvent brûler pendant des heures, voire des jours.
Si elles sont produites à grande échelle, les batteries Na-ion comme celles testées dans l’étude pourraient éviter complètement ces risques.
“Nos résultats démontrent quantitativement que la vitesse de recharge d’une SIB utilisant une anode HC peut atteindre des taux plus rapides que celle d’une LIB [batterie lithium-ion]”, a déclaré Komaba dans le communiqué.
Sourse: www.livescience.com