Une cellule sodium-ion Hina étonnamment mature à l'analyse
Performances convaincantes à froid et à forte puissance
Une étude menée par la RWTH Aachen University apporte un éclairage inédit sur la technologie sodium-ion commerciale développée par le constructeur chinois Hina Battery. Les chercheurs ont démonté, analysé et testé une cellule cylindrique de 10 Ah déjà utilisée dans des véhicules et des systèmes de stockage stationnaire. Leur conclusion est remarquable: la qualité de fabrication et les performances observées sont, à plusieurs égards, comparables à celles des batteries lithium-ion modernes.
Des performances solides dans des conditions variées
La cellule étudiée est un modèle cylindrique 33140 affichant une capacité nominale de 10 Ah, une tension nominale de 3,0 V et une densité énergétique de 110 Wh/kg. Les essais ont été réalisés à des températures comprises entre 45 °C et -20 °C ainsi qu'à des taux de charge et de décharge allant jusqu'à 4C. Les résultats montrent que la cellule conserve sa capacité nominale même à 4C. Lors d'une décharge à -20 °C, plus de 80% de l'énergie utilisable reste disponible lorsque la batterie a préalablement été chargée à température ambiante.
Selon les chercheurs, ces résultats démontrent que la technologie sodium-ion est déjà adaptée à des applications nécessitant une bonne puissance de décharge et un fonctionnement fiable par temps froid. Ils illustrent également la rapidité des progrès réalisés dans ce domaine.
Des limites lors de la recharge par grand froid
Si les performances en décharge à basse température sont particulièrement convaincantes, les essais mettent également en évidence une faiblesse. Lorsque la batterie est chargée et déchargée à des températures pouvant atteindre -20 °C, la capacité utilisable diminue fortement. La résistance interne passe alors d'environ 5 mΩ à 25 °C à près de 500 mΩ à -20 °C, ce qui entraîne des pertes de tension nettement plus importantes.
Les auteurs soulignent que cette limitation n'est pas propre aux batteries sodium-ion, mais qu'elle confirme la nécessité de poursuivre les recherches sur la recharge à très basse température.
Une chimie de cathode originale
L'une des découvertes les plus intéressantes concerne la composition de la cathode. Alors que de nombreuses batteries sodium-ion commerciales utilisent des oxydes de sodium, manganèse, fer et nickel, Hina a opté pour une composition innovante à base de sodium, cuivre, nickel, fer et manganèse. La formule identifiée est NaCu₁/₉Ni₂/₉Fe₁/₃Mn₁/₃O₂.
Les analyses microscopiques montrent également que le cuivre n'est pas réparti uniformément dans le matériau actif, mais concentré dans certaines zones spécifiques. Selon les chercheurs, le cuivre pourrait contribuer à la stabilité structurelle et à la résistance à l'humidité de la cathode.
Première application commerciale d'une architecture « tabless »
La conception même de la cellule présente également une particularité. Hina utilise une architecture dite « tabless », c'est-à-dire sans languettes de connexion conventionnelles. Ce principe, déjà connu dans l'industrie des batteries lithium-ion, est ici appliqué à une batterie sodium-ion. Tant l'anode que la cathode utilisent des collecteurs de courant en aluminium.
Selon les chercheurs, cette architecture réduit la résistance électrique et favorise une répartition plus homogène de la température à l'intérieur de la cellule. Les analyses par tomographie ont également mis en évidence une conception interne soignée et une qualité de fabrication élevée. La dispersion de la résistance interne entre les 120 cellules examinées ne dépasse pas 5,3%, un niveau comparable à celui observé sur des batteries lithium-ion modernes.
Une technologie prête à élargir son champ d'application?
Les chercheurs concluent que cette cellule Hina illustre la rapidité des progrès réalisés par la technologie sodium-ion. La combinaison d'une densité énergétique compétitive, de bonnes performances à forte puissance, d'un comportement convaincant en décharge à basse température et d'une qualité de fabrication industrielle démontre que les batteries sodium-ion ne relèvent plus uniquement du futur. Même si les batteries lithium-ion conservent encore un avantage en matière de densité énergétique, la technologie sodium-ion apparaît de plus en plus comme une alternative crédible pour le stockage stationnaire, les véhicules utilitaires et d'autres applications où le coût, la disponibilité des matières premières et la robustesse jouent un rôle déterminant.