Le matériau cathodique révolutionnaire permet une haute

Les scientifiques ont fait des progrès significatifs dans la résolution de l'instabilité air/eau et de l'instabilité structurelle et électrochimique des matériaux de cathode à base d'oxyde de métal de transition sodium pour les batteries sodium-ion. Ces nouveaux développements ont abouti à la création de matériaux cathodiques stables et performants qui présentent une excellente stabilité cyclique électrochimique et restent stables lorsqu'ils sont exposés à l'air et à l'eau. Cette percée est cruciale pour le développement de systèmes de stockage d'énergie rentables et durables pour diverses applications, notamment l'électronique grand public, le stockage d'énergie en réseau, le stockage d'énergie renouvelable et les véhicules électriques.

Avec l'importance croissante des véhicules électriques à batterie en raison de préoccupations environnementales, le développement d'un système de batterie alcaline métal-ion rentable, sûr et durable au-delà du lithium-ion est essentiel. L'Inde, en particulier, possède d'abondantes sources de sodium, ce qui rend le futur système de batterie sodium-ion très important dans le contexte indien. Les cellules à ions sodium sont constituées de matériaux actifs de cathode et d'anode qui permettent l'insertion et l'élimination réversibles des ions Na pendant la charge et la décharge. Les performances de ces cellules dépendent de la stabilité des électrodes, de la cinétique de transport du Na et de diverses résistances dynamiques.

Bien que les batteries sodium-ion offrent de nombreux avantages, le comportement électrochimique et la stabilité des matériaux de cathode à base d'oxyde de métal de transition Na en couches doivent être améliorés pour une utilisation généralisée dans les systèmes de batteries Na-ion. Le manque de stabilité rend la manipulation et le stockage des oxydes de métaux de transition Na difficiles et a un impact négatif sur leurs performances électrochimiques. De plus, leur instabilité dans l'eau nécessite l'utilisation de produits chimiques toxiques et coûteux comme la N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP) pour la préparation des électrodes, au lieu de boues à base d'eau.

Le groupe du professeur Amartya Mukhopadhyay à l'IIT Bombay a réalisé des progrès significatifs dans le développement de cathodes écologiquement stables et performantes pour les batteries sodium-ion. En introduisant un espacement "interslab" en ajustant la covalence de la liaison TM-O, ils ont proposé un critère de conception universel pour un développement réussi et généralisé de ces cathodes. L'ajustement du degré de covalence affecte la charge nette sur les ions O, influençant l'attraction électrostatique entre les ions Na et O ainsi que les répulsions entre les ions O à travers la couche de Na.

La recherche démontre que la réduction de la covalence TM-O entraîne des liaisons Na-O plus fortes et une stabilité air/eau améliorée, tandis que l'augmentation de la covalence TM-O conduit à des liaisons Na-O plus faibles et à une cinétique de transport Na améliorée, permettant une densité de puissance plus élevée. De plus, en augmentant la covalence de la liaison TM-O, le groupe a stabilisé la coordination O prismatique des ions Na, permettant une plus grande capacité de stockage de Na et une meilleure stabilité air/eau.

Ces avancées revêtent une immense importance pratique et devraient faciliter le développement généralisé de systèmes de batteries sodium-ion à hautes performances et rentables grâce à des méthodes de traitement d'électrodes respectueuses de l'environnement.