Une anode classique en graphite dans une batterie sodium ressemble à un garage exigu où un gros camion a du mal à se garer. Le sodium est plus gros que le lithium et s'insère difficilement entre les couches de graphite, ce qui fait chuter rapidement la capacité des batteries. Les chercheurs ont trouvé une solution : ils ont pris une feuille de graphène et y ont greffé, sur une face, des groupes amino – des « crochets » moléculaires. Résultat : un matériau à double face, l'une lisse, l'autre hérissée de crochets.
Lors de la charge, le sodium pénètre dans ce matériau en trois étapes. D'abord, les ions s'accrochent aux groupes amino, comme des crochets sur un portemanteau. Ensuite, ils forment des structures de plusieurs atomes de sodium autour de chaque groupe. Enfin, ils remplissent l'espace entre les couches de graphène, comme l'eau s'infiltre entre les pages d'un livre. Ce mécanisme diffère de celui du carbone dur, où le sodium remplit pores et défauts de manière aléatoire.
Le matériau ne gonfle presque pas pendant la charge, et les ions sodium s'y déplacent cent fois plus vite que dans le carbone dur. Cela signifie que la batterie se chargera plus vite et durera plus de cycles. La tension reste stable et basse – 0,15 volt – ce qui est idéal pour une anode.
Cette anode peut être pliée comme une pile de papier sans craindre qu'elle ne se fissure. Le sodium est bon marché et abondant, de telles batteries pourraient donc remplacer les batteries lithium dans les véhicules électriques et les stockages réseau.
Le sodium est le sixième élément le plus abondant de la croûte terrestre ; on peut l'extraire de l'eau de mer. Le lithium, lui, est concentré dans quelques pays, ce qui le rend plus cher et politiquement sensible.