Cinq métaux en un seul point : une cathode pour batterie au sodium express
Le sodium est le voisin du lithium dans le tableau périodique, mais il est des centaines de fois plus abondant dans la croûte terrestre et bien moins cher. Les batteries au sodium pourraient donc remplacer les batteries au lithium dans les véhicules électriques et les stockages d'énergie. Le problème, c'est que le sodium est plus gros que le lithium et qu'il a plus de mal à se frayer un chemin à travers le réseau cristallin de la cathode. Le matériau se fatigue vite et la capacité chute.
Les chimistes de cette étude ont tenté d'« assaisonner » la cathode avec cinq métaux différents à la fois : chrome, molybdène, aluminium, zirconium et nickel. Chacun a été ajouté en très petite quantité — au total, ils n'occupent qu'un dixième des positions du vanadium dans le cristal. Mais cela a suffi pour renforcer le réseau et rendre les ions sodium plus mobiles.
Résultat : la cathode délivre 119 milliampères-heures par gramme en charge lente, et en charge rapide (10C), après 1000 cycles, elle conserve 68 % de sa capacité. Une cellule complète avec du carbone dur fournit 326 wattheures par kilogramme de cathode — comparable aux bonnes batteries au lithium. Les auteurs ont mesuré la vitesse de diffusion des ions sodium dans la cathode : le coefficient de diffusion se situe entre 10⁻¹¹ et 10⁻¹³ cm²/s. C'est comme la vitesse d'un piéton dans une foule — les ions se faufilent entre les atomes, et l'ajout de métaux élargit les passages.
Cette approche ouvre la voie à des batteries au sodium bon marché et durables. Au lieu du lithium coûteux, on utilise du sel de cuisine ordinaire ; au lieu du cobalt et du nickel rares, des métaux courants. Si la technologie arrive en usine, les véhicules électriques et les fermes solaires pourront avoir des batteries qui ne dépendent pas des caprices des prix mondiaux du lithium.
Le sodium est le sixième élément le plus abondant de la croûte terrestre. On peut l'extraire de l'eau de mer, alors que le lithium ne se trouve que dans les lacs salés et les mines, qui sont rares sur la planète.
Dans le roman de John Scalzi « L'Interdépendance », les vaisseaux volent grâce à des batteries chargées par des voiles solaires. Des batteries au sodium bon marché rendraient une telle énergie réalité.