Une anode stable pour le sodium

Les batteries sodium-ion pourraient être une alternative moins coûteuse aux batteries Li-ion, si des moyens sont trouvés pour empêcher les gros ions sodium de détruire leurs électrodes lors de leurs allers-retours.

En tant qu'anode sodium-ion possible pour de telles batteries, les scientifiques des matériaux de l'Université de Qingdao ont utilisé du dioxyde de titane et du graphite pour produire une structure stable, inchangée après 2 000 cycles.

« Les chercheurs ont découvert que la batterie présentait une capacité spécifique réversible de 228 mAh/g à une densité de courant de 0,05 A/g, avec une rétention de capacité de 100 % après 2000 cycles à 1 A/g », selon l'université. "Une pile bouton complète assemblée avec du Na3V2(PO4)3 comme cathode a fourni une densité d'énergie de 220Wh/kg."

Comme matière première, l'équipe a choisi une forme de TiO2 appelée « anatase », dont la structure cristalline est poreuse aux ions Na+ en raison de la présence de canaux bidimensionnels.

Cependant, selon le professeur de Qingdao Xiu Song Zhao, l'anatase a une faible conductivité électronique et le taux de diffusion des ions pourrait être meilleur.

La réponse, commune à la plupart des constructions d'électrodes de batterie, est d'augmenter la surface relative du matériau en utilisant des particules microscopiques, maintenues de manière robuste dans une matrice conductrice hautement poreuse.

L'approche de Zhao à cette fin consistait à exploiter la chimie sol-gel pour synthétiser une anatase spongieuse et thermiquement stable recouverte de carbone.

La stabilité thermique est importante ici, car la température est quelque chose qui peut changer la structure cristalline de l'anatase en d'autres formes de TiO2 moins capables de stocker les ions sodium. L'équipe de Qingdao a déclaré que son matériau d'anode est stable jusqu'à 750°C.

"Ce travail a préparé une anatase avec une structure spéciale pour améliorer la conductivité électronique et la cinétique de diffusion des ions", a déclaré Zhao. Il "fournit une méthode pour synthétiser des matériaux d'anode à base de dioxyde de titane haute performance et des idées pour étudier le mécanisme de stockage de l'anatase".

Le travail est décrit dans "Sodium-Ion Storage Properties of Thermally Stable Anatase", publié dans Energy Material Advances.