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Cellules sodium-ion pour un stockage d'énergie bon marché
Un nouveau type de batterie sodium-ion pourrait s'avérer être une option pratique pour stocker l'énergie des parcs éoliens et solaires, selon Jay Whitacre , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université Carnegie Mellon. La startup de Whitacre, 44 Tech, basée à Pittsburgh, en Pennsylvanie, recevra 5 millions de dollars du département américain de l'Énergie, dans le cadre de la Recovery Act de 2009, pour développer la technologie. Le financement, annoncé la semaine dernière, fait partie d'un programme de 620 millions de dollars pour l'amélioration du réseau électrique.
Les batteries de la startup pourraient être non seulement moins chères, mais aussi plus durables que les batteries existantes, dit Whitacre. Cela les rendrait particulièrement utiles pour stocker de grandes quantités d'électricité à moindre coût, ce qui sera essentiel pour faire des énergies renouvelables la principale source d'énergie aux États-Unis, plutôt que la simple source supplémentaire qu'elle est actuellement. Un tel stockage rendra pratique le stockage de l'énergie des éoliennes et des parcs solaires pour une utilisation lorsque le vent ne souffle pas et que le soleil ne brille pas.
Les cellules sodium-ion de Whitacre sont similaires à certains égards aux cellules lithium-ion - le type utilisé dans l'électronique portable et dans certains véhicules électriques. Dans les deux types de cellules, les ions font la navette entre les électrodes positives et négatives de la batterie pendant la charge et la décharge, un électrolyte servant de support pour déplacer ces ions. Mais parce que le sodium est de plusieurs ordres de grandeur plus abondant que le lithium, il est moins cher à utiliser. Pour rendre les cellules encore moins chères, Whitacre prévoit de les faire fonctionner à des tensions plus basses, de sorte que les électrolytes à base d'eau puissent être utilisés à la place des électrolytes organiques. Cela devrait encore réduire les coûts de fabrication, car les électrolytes à base d'eau sont plus faciles à utiliser.
Le passage aux électrolytes à base d'eau pourrait également permettre d'éliminer une grande partie du matériau de support nécessaire dans les cellules lithium-ion conventionnelles, réduisant encore les coûts. En effet, l'augmentation de la conductivité ionique permet d'utiliser des électrodes plus épaisses avec moins de couches de matériaux de séparation et de collecte de courant à l'intérieur de la cellule.
En principe, un système sodium-ion peut être bon marché, et avec des électrolytes aqueux, il pourrait être vraiment bon marché, dit Jeff Dahn , professeur de physique et de chimie à l'Université Dalhousie en Nouvelle-Écosse, Canada.
Les chercheurs se sont penchés sur les batteries sodium-ion dans le passé, bien qu'elles aient généralement utilisé des tensions élevées et des électrolytes organiques. L'utilisation de tensions plus basses réduit la quantité d'énergie que les batteries peuvent stocker, un problème pour les véhicules électriques, où l'espace et le poids sont limités. Mais pour les applications stationnaires comme le stockage d'énergie renouvelable, tout est une question de coût, explique Whitacre.
Dahn soutient que les cellules sodium-ion ne devraient pas être développées uniquement pour le stockage d'électricité à grande échelle. Les batteries sodium-ion à haute tension pourraient éventuellement s'avérer une bien meilleure solution que les batteries lithium-ion pour véhicules électriques, dit-il. Jusqu'à présent, cependant, très peu de recherches ont été faites sur eux par rapport aux batteries lithium-ion. Les facteurs qui ont éloigné les chercheurs, tels que la grande taille des ions sodium et l'effet que cela a sur la quantité d'énergie que les batteries pourraient fournir, ont été résolus par les progrès récents de la fabrication de matériaux. L'abondance de sodium pourrait également rendre ces batteries extrêmement attractives. Il est étonnamment plus abondant que le lithium, dit Dahn. Je pense que c'est quelque chose qui est vraiment important pour aller de l'avant. J'espère que [le] DOE finance également le travail non aqueux.
Jusqu'à présent, le travail de Whitacre n'en est qu'à ses débuts. Il a fait la démonstration de petites cellules de batterie en laboratoire et a déposé pour un brevet couvrant la technologie. Il n'a pas divulgué les matériaux qu'il utilisera pour les électrodes et l'électrolyte, et il est trop tôt pour fournir des chiffres précis sur les coûts, dit-il. Les prochaines étapes incluent la fabrication de batteries prototypes plus grandes. Une partie du prix de 5 millions de dollars ira à Carnegie Mellon pour la recherche fondamentale.