Des scientifiques conçoivent une batterie au sodium-ionique à faible coût-avec des matériaux d'électrode bon marché

Une équipe de recherche internationale a conçu un système de stockage de batterie sodium-ion (SIB) basé sur un matériau cathodique de type P2 connu sous le nom de Na0,67Mn0,33Ni0,33Fe0,33O2 et une anode reposant sur un matériau de carbone dur fabriqué à partir de fleurs de lavande.

La configuration du système proposée est destinée à une fabrication à faible coût-tout en garantissant l'évolutivité et la durabilité environnementale, car les deux matériaux d'électrode sont décrits comme des précurseurs « largement accessibles ».

"La diversité des plantes et la capacité de production sont des facteurs importants qui affectent la commercialisation des SIB, car les carbones durs d'origine végétale sont à la fois durables et économiques", ont expliqué les chercheurs. "Le carbone dur dérivé des plantes préserve les microstructures des tissus végétaux, améliorant ainsi la pénétration de l'électrolyte et la diffusivité du sodium.

Les scientifiques ont estimé la production mondiale de lavande entre 1 000 et 1 500 tonnes par an. Cependant, seule une petite fraction de cette production peut être utilisée pour les matériaux d’électrodes, car seuls les résidus de fleurs peuvent être transformés en carbone dur.

Ils ont également noté que l'anode en carbone dur et la cathode de type P2- dans la cellule complète ont des réservoirs de sodium insuffisants, ce qui entraîne de mauvaises performances électrochimiques. "Le présent travail comble cette lacune en évaluant les performances cellulaires complètes du P2-Na0.67Mn0.9Ni0.1O2 couplé au carbone dur dérivé des déchets de fleurs de lavande selon différentes approches de présodiation", ont-ils expliqué en outre.

Les scientifiques ont utilisé la diffraction des rayons X (DRX), la microscopie électronique à balayage (MEB), la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS), la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et la spectroscopie Raman pour caractériser la cathode et l'anode du système SIB et ont découvert que la cathode a une structure hexagonale P63/mmc, tandis que l'anode présentait de larges pics caractéristiques de carbone amorphe.

Le SEM et le TEM ont révélé, en particulier, des grains cathodiques de taille micrométrique et une surface poreuse en carbone dur, tandis que l'EDS et le XPS ont indiqué que le matériau présentait une bonne stabilité structurelle. Une analyse plus approfondie a également démontré que l'incorporation de nickel (Ni) améliorait les performances structurelles, électroniques et électrochimiques de la cathode.

De plus, les tests électrochimiques ont révélé des capacités initiales de 200 mAh/g pour la cathode et de 360 ​​mAh/g pour l'anode avec des rétentions de capacité de 42 % et 67,4 % après 100 cycles. Dans l'ensemble, le dopage au Ni améliore la conductivité et la stabilité de la cathode, et l'anode a démontré de bonnes performances de stockage du sodium, prenant en charge une forte demi-cellule-et une performance potentielle de la cellule entière-, selon les chercheurs.

"Cette étude approfondie met en évidence le potentiel de développement de SIB avec des matériaux d'électrodes durables et à faible coût", ont-ils conclu. "L'optimisation des stratégies de présodiation offre une opportunité pour les technologies SIB commerciales et évolutives avancées."

Le système a été décrit dans l'étude "Batteries sodium-ioniques rentables-utilisant une cathode Na0,67Mn0,9Ni0,1O2 et des déchets-fleurs-de lavande-dérivés de carbone dur avec une approche comparative de pré-trempage", publiée dans le Journal of Power Sources. L'équipe de recherche comprenait des scientifiques de l'Université Inonu de Turquie, de l'Université technique d'Istanbul, de l'Université Malatya Turgut Ozal et de l'Université d'Aksaray, ainsi que de l'Institut coréen des sciences et technologies et de l'Université Quaid-i-Azam du Pakistan, entre autres.