L'attraction de Na

Le sodium-ion est un autre outil dans la trousse des chimistes pour faire face à la crise climatique

BOSTON, 31 mai 2023 /PRNewswire/ -- Le Na-ion est probablement la chimie de batterie métal-ion la plus importante en dehors du Li-ion, fonctionnant via le même « fauteuil à bascule » (où les ions alcalins passent d'un non-métal anode à une cathode pendant la décharge et vice versa pendant la charge) principe d'intercalation réversible des cations, à une électrode positive et négative. Les matériaux peuvent également être similaires au Li-ion, avec des oxydes métalliques souvent utilisés comme cathode et des matériaux à base de carbone comme anode. Cependant, le carbone ne peut pas être sous forme de graphite car la taille de Na + est trop grande pour l'intercalation, et en réalité, les choix de matériaux peuvent différer considérablement par rapport aux chimies Li-ion.

Approche cathodique diversifiée

Les trois principales familles de matériaux cathodiques sont les oxydes métalliques en couches, les composés polyanioniques et les analogues du bleu de Prusse (PBA). Les oxydes en couches de métaux de transition ont des structures en couches bidimensionnelles qui permettent une insertion réversible du sodium. Le grand avantage de ces composés réside dans leur faible poids moléculaire, ce qui se traduit par une capacité spécifique théorique élevée. Cependant, en plus d'avoir un potentiel redox modéré, ils subissent de multiples transitions de phase lors de la désinsertion/insertion des ions sodium - entraînant une instabilité structurelle lors de la charge/décharge, en particulier à haute tension, conduisant à une faible cyclabilité.

Grâce à leur stabilité élevée et à leur mobilité ionique rapide dans leur cadre structurel, les matériaux polyanioniques sont étudiés de manière intensive en tant que matériaux de cathode prometteurs pour les batteries Na-ion. Bien que ces matériaux aient généralement une capacité inférieure à celle des oxydes stratifiés (généralement en raison de leur poids moléculaire plus élevé) et une faible conductivité électronique, ils sont considérés comme très attractifs en raison de leur tension plus élevée et de leur stabilité structurelle.

La troisième famille d'intérêt est celle des analogues du bleu de Prusse (PBA). Ils ont une structure 3D avec de grands canaux à travers lesquels les ions sodium peuvent diffuser rapidement. De plus, ils sont formés d'éléments abondants, bon marché et non toxiques. L'avantage supplémentaire des PBA est la simplicité de synthèse : leur principal inconvénient est leur faible densité, qui conduit à une faible densité d'énergie volumique par rapport aux oxydes en couches.

Comme les batteries Li-ion, chaque famille de matériaux de cathode a ses avantages et ses inconvénients (par exemple en termes de performances électrochimiques, de durabilité, de coût, etc.). Compte tenu de ce scénario, il n'y a pas de chimie gagnante unique. Il est plus probable que plusieurs cathodes de Na coexisteraient afin de répondre aux larges exigences résultant du vaste marché pour différentes applications. Le rapport IDTechEx, "Sodium-ion Batteries 2023-2033: Technology, Players, Markets, and Forecasts", couvre les développements industriels sur le marché des batteries Na-ion et fournit une analyse des brevets sur les principales chimies des acteurs.

Les batteries Na-Ion sont-elles vraiment durables ?

L'une des principales propositions de valeur de la batterie Na-ion est qu'elle utilise des matériaux durables. Le sodium est largement disponible et les matériaux problématiques tels que le cobalt peuvent être évités.

Bien que les matériaux de cathode soient moins susceptibles d'utiliser du cobalt, ils peuvent toujours utiliser des matériaux relativement coûteux tels que le vanadium. Comparé au Li-ion, le Na-ion peut être commercialisé comme plus durable en raison de l'utilisation du sodium plutôt que du lithium - ce serait une simplification excessive, étant donné que le lithium ne représente qu'un petit pourcentage d'une cellule Li-ion. Les cellules Na-ion peuvent utiliser et utilisent effectivement des matériaux à faible coût dans leurs électrodes, mais cela peut également être vrai pour les Li-ion avec LFP ou des cathodes à base de manganèse. La possibilité d'utiliser l'aluminium comme collecteur de courant négatif et positif a le potentiel de fournir des économies de coûts. Les choix de matériaux d'électrode sont également essentiels à cet égard, car des matériaux coûteux et bon marché peuvent être utilisés.

Une opportunité existe à partir d'une pénurie potentielle d'approvisionnement en lithium à moyen terme, étant donné le manque d'investissements nécessaires dans l'extraction des matières premières. Bien qu'il y ait suffisamment de ressources en lithium pour répondre à la demande prévue de Li-ion avant de comptabiliser le recyclage, la capacité d'extraction de ce lithium n'a pas augmenté au rythme nécessaire, offrant une opportunité pour des chimies alternatives (par exemple, Na-ion) à moyen et long terme. long terme. Le rapport IDTechEx sur les batteries Na-ion prévoit la croissance de la demande de batteries Na-ion dans des applications telles que le stockage d'énergie stationnaire et les micro-véhicules électriques.

Les produits chimiques utilisés dans les cellules commerciales Na-Ion sont optimisés pour certaines applications

Alors que la technologie Na-ion en est encore à ses débuts de recherche et de développement, des sociétés telles que Tiamat (utilisant la chimie polyanionique), Faradion (utilisant la chimie des oxydes en couches) et Natron (utilisant la chimie PBA) proposent des produits commerciaux qui donnent de l'élan à Na -la technologie ionique dans les véhicules électriques hybrides, le stockage stationnaire et l'alimentation de secours du centre de données en tant qu'applications de marché respectivement. Ce faisant, ils démontrent les chances de succès et, plus encore, mettent en évidence les secteurs du marché où Na-ion pourrait être la technologie gagnante. Le rapport d'IDTechEx, "Sodium-ion Batteries 2023-2033: Technology, Players, Markets, and Forecasts", comprend les profils de leurs entreprises, ainsi que plusieurs autres fabricants de batteries poursuivant l'option Na-ion.

Pour en savoir plus sur ce rapport IDTechEx, y compris des exemples de pages téléchargeables, veuillez visiter www.IDTechEx.com/Sodium.

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SOURCE IDTechEX