Développement d'une nouvelle génération de batteries au sodium-ion

L'équipe R&D d'IBU-tec étudie le potentiel des batteries sodium-électrolyte solide en collaboration avec ses partenaires de projet Rauschert Heinersdorf-Pressig GmbH, Fraunhofer IKTS et EL-Cell GmbH. Le nom du projet : KeNaB-ART, abréviation de : "Batterie au sodium à base de céramique avec bêta-aluminate pour des applications au-dessus de la température ambiante". Le projet est soutenu par le ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche (BMBF) dans le cadre de l'initiative de financement "Batterie 2020 Transfer" pour le développement de nouvelles batteries au sodium à base de céramique (03XP0404A).

La batterie au sodium-ion est considérée comme l'une des approches les plus prometteuses dans la recherche d'approches viables sur le plan économique et écologique pour remplacer le lithium conventionnel. Ce type de batterie est basé sur un électrolyte solide composé d'une céramique spéciale conductrice d'ions sodium, qui constitue le cœur de la cellule de la batterie.

Les cellules conçues dans le cadre du projet se composent de trois éléments primaires : l'électrolyte solide céramique, une anode en métal liquide et une cathode à ions sodium. Du point de vue technologique, la structure peut être envisagée comme une combinaison de deux types de batteries traditionnelles, la batterie ZEBRA et la batterie lithium-ion (LIB), les avantages des deux pouvant être combinés. Il en résulte une charge d'incendie plus faible que celle des électrolytes liquides traditionnels, donc un potentiel de risque fortement réduit. De plus, l'anode métallique en sodium présente une densité énergétique très élevée, car elle permet de renoncer au carbone supplémentaire nécessaire dans les cellules de batteries courantes.

KeNaB-ART relève le défi technique de développer une cellule de batterie à l'état solide commercialisable. Il s'agit de passer des matières premières au produit prêt à être installé, afin d'aider à fabriquer en Allemagne des cellules plus durables, plus stables et plus sûres, à haute densité énergétique.

Nos trois partenaires proviennent de la fabrication de la céramique de l'électrolyte solide, des analyses physico-chimiques et électrochimiques qui fabriquent les cellules et testent leurs performances, et du fabricant des systèmes de cellules de mesure. IBU-tec participe au développement et à la fabrication du matériau actif de la cathode en combinant les étapes du processus dans un four rotatif et dans nos propres réacteurs à pulsation.

Les étapes initiales du projet ont permis de choisir un système de batterie, de définir les paramètres de performance et de sélectionner un matériau actif concret pour la cathode de sodium - l'oxyde de manganèse. Malgré d'éventuels avantages en termes de performances, le choix s'est porté activement contre les matériaux contenant du cobalt et du nickel, en raison de leurs propriétés nocives pour l'environnement et la santé, ainsi que de la situation compliquée en matière de ressources.

Pendant le développement des matériaux d'électrode et d'électrolyte, un échange régulier de résultats avec les partenaires du projet a pu faciliter le perfectionnement et l'optimisation des performances des composants de la cellule.

Après deux ans de projet, nous avons atteint les étapes que nous nous étions fixées : le développement et la production d'un matériau actif cathodique à phase pure en oxyde de manganèse sodique dans le cadre des spécifications requises pour la performance souhaitée. Les résultats seront présentés publiquement cet automne dans le cadre du séminaire "Batterie 2020 Transfer".