Matériaux pour batteries sodium-ion
Anodes en carbone dur pour le stockage d'énergie au sodium-ion et hybride
Les batteries sodium-ion ne sont plus une simple curiosité de laboratoire. Grâce à l'abondance de leurs matières premières, à leur coût réduit et à leurs performances supérieures à basse température, elles s'imposent comme la technologie de choix pour le stockage sur réseau, les deux-roues et les applications en climat froid, où les batteries lithium-ion ne sont pas rentables.
L’anode joue le rôle de « gardien ». Le graphite — élément incontournable des batteries lithium-ion — ne peut pas accueillir les ions sodium, plus volumineux. Le carbone dur, avec sa structure turbostratique désordonnée et ses pores à l'échelle nanométrique, est le seul matériau d'anode commercialement viable pour les cellules au sodium-ion. Son architecture ouverte offre de nombreux sites d'intercalation et d'adsorption pour les ions Na⁺, tandis que sa variation de volume minimale au cours des cycles de charge-décharge préserve l'intégrité de l'électrode pendant des milliers de cycles de charge-décharge.
Le défi et l'approche PureStar
Le défi ne consiste pas simplement à produire du carbone dur, mais à le produire de manière constante à partir de matières premières qui resteront disponibles et abordables à grande échelle.
PureStar a constitué un portefeuille de précurseurs issus de plusieurs matières premières afin de réduire les risques liés aux chaînes d'approvisionnement et de répondre aux spécifications variées de ses clients :
- PSD-TH (à base de coques de noix de coco) — Coque de noix de coco indonésienne à paroi épaisse, carbonisée dans un équipement exclusif. Elle offre une résistance mécanique et un rendement en carbone supérieurs. La structure dense de la coque permet d’obtenir un carbone dur présentant une excellente masse volumique tassée et une faible surface spécifique, ce qui réduit la perte de capacité irréversible dès le premier cycle.
- PSD-ZTH (À base de bambou) — Le bambou à croissance rapide offre une alternative durable, avec un processus de formation des pores fondamentalement différent. Sa structure riche en cellulose permet d’obtenir un carbone dur présentant des performances de charge améliorées, ce qui convient aux applications où la rapidité de charge prime sur la densité énergétique absolue.
- PSD-TTH (à base de coquilles de noix) — Transforme les flux de déchets agricoles en matériaux adaptés à la fabrication de batteries. Contribue à la réalisation des objectifs d’approvisionnement dans le cadre de l’économie circulaire, tout en offrant des performances comparables à celles des matières premières vierges.
Tous les précurseurs sont transformés en carbone dur fini grâce à des courbes d’activation-carbonisation contrôlées avec précision qui permettent de fixer les architectures de pores souhaitées. Il en résulte un carbone dur dont la capacité spécifique théorique atteint 300 à 350 mAh/g — dépassant ainsi la limite pratique du graphite — tout en conservant la longue durée de vie et la résistance aux basses températures que promettent les systèmes à ions sodium.