Les chercheurs progressent dans la technologie des batteries en mettant au point une méthode pour mélanger le lithium et le sodium afin de les utiliser dans des batteries de haute qualité. En combinant les deux éléments, ils visent à réduire les coûts, à sécuriser la chaîne d’approvisionnement et à remédier à la raréfaction du lithium, très demandé en raison de son utilisation dans les batteries lithium-ion.
Des chercheurs de l’université d’État de l’Arizona travaillent sur un changement potentiel de la technologie des batteries : le mélange de lithium et de sodium. Leur objectif est de réduire les coûts et de stabiliser la chaîne d’approvisionnement. Les résultats préliminaires montrent un mélange sodium-lithium thermodynamiquement stable à 10 %, qui devrait atteindre 20 %.
Le lithium est en passe de devenir le nouvel or, car l’utilisation croissante des batteries lithium-ion dans les voitures électriques, les ordinateurs et les appareils portables fait grimper le prix et affecte l’offre de ce métal relativement rare. Les scientifiques sont sur le point de mettre au point un moyen d’utiliser le sodium pour remplacer une partie du lithium, ce qui permettrait de réduire les coûts et de garantir l’approvisionnement.
Récemment, des scientifiques ont envisagé de se passer complètement de lithium et d’utiliser à la place du sodium ou d’autres éléments dans des batteries de haute qualité. Le sodium est moins cher et plus disponible (on le trouve dans l’eau de mer, sous forme de chlorure de sodium), mais il présente des inconvénients, et les piles au lithium restent les meilleures, en termes de concentration de la charge nécessaire pour alimenter les voitures et les appareils portables. Tullio Geraci, doctorant, et Alexandra Navrotsky, professeur à l’université d’État de l’Arizona, ont adopté une approche différente en mélangeant le lithium et le sodium dans la même batterie, ce qui promet de résoudre les problèmes d’approvisionnement et d’ouvrir la voie à des batteries moins chères et à une chaîne d’approvisionnement plus sûre.
Le groupe fabrique des matériaux lithium-sodium et caractérise leurs structures, leur homogénéité et leurs propriétés thermodynamiques. Les chercheurs utilisent une technique spécialisée mise au point et optimisée dans le laboratoire Navrotsky (calorimétrie en solution d’oxyde fondu à haute température) pour mesurer la stabilité énergétique des matériaux, tandis que des expériences de chauffage déterminent leur éventuelle décomposition en cours d’utilisation.
Lors de la présentation de leurs résultats à la conférence Goldschmidt sur la géochimie, Tullio Geraci a déclaré : « Nous avons mélangé de petites quantités de sodium avec du lithium, nous en avons testé la stabilité, puis nous avons vu comment cela se passait. Il s’agit d’un processus progressif, et lorsque nous avons commencé, la stabilité n’était pas prometteuse – la première chose dont nous avons besoin, c’est de voir si le mélange reste sous une forme utilisable. Mais au fur et à mesure que nous avons augmenté la teneur en sodium, la stabilité s’est améliorée. Jusqu’à présent, nous avons obtenu un mélange à 10 %, et cela semble aller, c’est toujours thermodynamiquement stable. Nous pensons pouvoir pousser le mélange jusqu’à environ 20 % avant de constater une différence significative en termes de performances ».
Tullio Geraci poursuit : « Au début, nous n’étions pas sûrs de pouvoir réaliser ces dilutions Li/Na. De manière surprenante, nous avons constaté que les dilutions faibles ont tendance à se décomposer, les solutions perdent leur homogénéité et leur structure cristalline, ce qui est important pour produire une batterie. Mais plus nous augmentons la quantité de sodium, plus le matériau devient stable. Une fois que nous aurons trouvé le mélange optimal, nous devrons transmettre nos découvertes aux technologues des batteries pour qu’ils produisent les premières batteries sodium-lithium. Nous pensons qu’il s’agit là des premières étapes du développement d’une nouvelle technologie de batterie ».
Le professeur Nancy Ross (département des géosciences, Virginia Tech, Blacksburg VA) a déclaré : « Les recherches de Geraci et Navrotsky montrent comment la géochimie peut être appliquée au développement de nouveaux matériaux importants sur le plan technologique. Leur recherche ouvre une voie prometteuse pour explorer des sources alternatives, plus abordables et durables pour les piles au lithium dont nous dépendons dans notre vie quotidienne ».