KNOXVILLE, TN, 23 avril 2025 /24-7PressRelease/ -- Une avancée de pointe dans les batteries solides à excès de sodium nul pourrait redéfinir le paysage du stockage d'énergie. Cette étude innovante introduit un nouveau design d'interface pour relever les défis persistants de faible densité énergétique et de mauvaise stabilité interfaciale dans les batteries sodium-ion, offrant une solution prête à révolutionner les systèmes de stockage d'énergie de nouvelle génération.

NWSLUG /Les batteries sodium-ion sont réputées pour leur rapport coût-efficacité et leur évolutivité, mais leur progression a été entravée par des problèmes inhérents tels qu'une densité énergétique limitée et une instabilité. Les batteries à excès de sodium nul (ZSB) ont été conçues pour surmonter ces inconvénients en éliminant le sodium excédentaire et en optimisant les processus de décapage et de plaquage efficaces. Cependant, des obstacles non résolus, tels que les vides interfaciaux et les instabilités thermodynamiques entre les électrolytes solides et les collecteurs de courant, ont nécessité une exploration plus poussée des conceptions avancées d'interface.

Dans une étude cruciale (DOI: 10.1016/j.esci.2024.100274) réalisée par le Collège des Sciences et l'Institut pour l'Énergie Durable de l'Université de Shanghai, les chercheurs ont dévoilé une approche de stratification révolutionnaire, publiée dans eScience le 1er mai 2024. En exploitant les différences dans l'énergie d'adsorption, ils ont conçu une interface à double couche comprenant une couche de magnésium (Mg) sodiophile sous une couche de fluorure de sodium (NaF) thermodynamiquement stable. Cette configuration à double couche supprime efficacement la formation de dendrites et améliore la stabilité de la batterie, marquant une étape majeure pour des applications pratiques.

Le cœur de cette innovation réside dans sa structure unique d'interface. La couche de Mg sodiophile améliore la nucléation du sodium, garantissant un dépôt uniforme, tandis que la couche de NaF sodiophobe agit comme un conducteur ionique et un isolant électronique, atténuant les réactions secondaires et améliorant la stabilité thermodynamique. Ensemble, ces caractéristiques permettent aux ZSB de fournir une densité énergétique remarquable de 254,4 Wh/kg avec une rétention de capacité de 82,7 % sur 350 cycles, surpassant de loin les approches conventionnelles. De plus, la conception minimise la surpression de plaquage et améliore la densité de courant critique, affichant des performances électrochimiques et mécaniques exceptionnelles. Bien que la fabrication actuelle repose sur la pulvérisation par magnétron, des techniques évolutives telles que la déposition à vapeur chimique pourraient débloquer son potentiel industriel, comblant le fossé entre la recherche et la commercialisation.

Dr. Wuliang Feng, le chercheur principal, a souligné l'importance de cette innovation, déclarant : "Cette stratégie de stratification offre une approche transformative pour la conception des batteries solides. En abordant les défis fondamentaux de l’instabilité interfaciale, nous avons créé un chemin pour développer des batteries à haute performance qui répondent aux exigences des systèmes de stockage d'énergie de nouvelle génération."

Les implications de cette recherche sont profondes, s'étendant à des applications dans les réseaux d'énergie renouvelable, les véhicules électriques, et au-delà. En améliorant la viabilité des ZSB pour le stockage d'énergie à grande échelle, cette avancée pourrait accélérer la transition vers des solutions énergétiques durables. De plus, les techniques de fabrication évolutives proposées ouvrent la voie à une adoption généralisée, transformant ce concept innovant en une technologie pratique et commercialement viable.

Références
DOI
10.1016/j.esci.2024.100274

URL de la source originale
https://doi.org/10.1016/j.esci.2024.100274

Informations de financement
Ce travail est soutenu par la National Natural Science Youth Foundation de Chine (N° de subvention 22209104), la National Natural Science Foundation de Chine (N° de subvention 22179077), le "Plan d'Action pour l'Innovation Scientifique et Technique 2020" de la Commission des Sciences et de la Technologie de Shanghai (20511104003), et la Fondation des Sciences Naturelles à Shanghai (21ZR1424200) et le Centre de Services Techniques de la Science et de l'Ingénierie de Shanghai, Université de Shanghai.

Journal
eScience

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