Sparc Technologies Limited a fait le point sur son projet avec l'Université de technologie du Queensland (QUT) visant à développer un matériau d'anode en carbone dur d'origine durable pour les batteries sodium-ion (SIB). Un matériau d'anode à haute performance, à faible coût et d'origine durable pour les SIB répondra à un besoin pour ce qui est une technologie de batterie alternative en plein essor. Les matériaux actuels à base de carbone dur proviennent généralement de précurseurs carbonés tels que le brai (un sous-produit de l'industrie pétrolière et gazière) qui sont longuement chauffés à haute température.

Il s'agit d'un processus très énergivore qui, combiné à l'utilisation d'une matière première dérivée des combustibles fossiles, a une empreinte environnementale importante. En outre, la Chine étant le principal fournisseur mondial de matériaux à base de carbone dur, le processus en cours de développement avec la QUT vise à fournir une alternative occidentale pour l'approvisionnement en matériaux d'anode, réduisant ainsi le risque souverain pour les fabricants de cellules SIB. Conformément au calendrier du projet, l'université QUT a remis le premier rapport d'étape du projet, qui décrit les résultats des essais de batteries à demi-cellules SIB et la caractérisation des matériaux pour un matériau d'anode provenant d'une source durable dans une série de conditions de traitement.

Bien que des travaux supplémentaires d'optimisation, d'essai et de développement de processus soient nécessaires, les capacités réversibles d'un lot de matériaux dans les mêmes conditions d'essai ont dépassé 535mAh/g et se sont élevées en moyenne à 477mAh/g au cours de cinq essais distincts. Ce résultat est bien supérieur (~45% de plus) à la valeur de référence de 330mAh/g fixée au début du programme de recherche sur la base de ce que l'on pense être des matériaux d'anode de carbone dur commerciaux. Des progrès significatifs ont été réalisés depuis le début du projet de recherche avec QUT en septembre 2022.

L'optimisation préliminaire des conditions du processus de production du carbone dur a été réalisée et les premiers résultats démontrent une amélioration substantielle des capacités réversibles des matériaux d'anode dans un SIB par rapport aux méthodes de pyrolyse traditionnelles. La caractérisation des matériaux des échantillons de carbone dur à l'aide de diverses techniques de caractérisation (XRD, XPS, Raman, TEM, SEM et BET) a été réalisée et fournira une base de comparaison pour les futurs travaux d'essai, tels que l'essai de sources de matières premières et de paramètres de processus alternatifs. Les performances des batteries sodium-ion des échantillons (en configuration demi-cellule) ont été testées à l'aide de méthodes électrochimiques telles que la capacité de charge/décharge galvanostatique et la stabilité du cycle.

Plusieurs cellules (5 cellules pour chaque échantillon de carbone dur) ont été fabriquées pour chaque électrode afin d'assurer la reproductibilité des mesures. Des charges de masse commerciales et des taux de C faibles (0,05) ont été utilisés. Les travaux futurs se concentreront sur l'essai de la stabilité des cycles jusqu'à 500 cycles, sur l'essai de méthodes visant à améliorer l'efficacité coulombienne initiale et sur la fabrication et l'essai de cellules complètes. Sparc dispose d'environ 6 mois pour mener à bien le programme de recherche avec QUT et continue à travailler avec un consultant expérimenté en batteries sur le projet.

Sparc prévoit d'explorer plus avant l'ampleur des économies d'énergie et de coûts réalisables en utilisant la voie de traitement proposée par rapport aux matériaux de carbone dur existants, par le biais d'une analyse du cycle de vie et d'une modélisation économique au cours des prochains mois. Les SIB sont une alternative très prometteuse à la chimie des batteries lithium-ion, particulièrement adaptée aux marchés du stockage de l'énergie. Les avantages bien connus et documentés des SIB par rapport aux batteries au lithium-ion sont les suivants Coût inférieur et plus grande disponibilité des matières premières ; sécurité et facilité de transport ; plus grande plage de température de fonctionnement ; techniques de fabrication similaires à celles des batteries au lithium-ion.

Ces avantages, en particulier en ce qui concerne l'approvisionnement et le coût des matières premières, ont suscité une activité croissante de la part des développeurs d'énergie, des fabricants d'équipements d'origine (OEM) et des investisseurs en capital-risque dans les SIB. La commercialisation des SIB pour les applications de stockage d'énergie et de mobilité est prévue pour 2023 par CATL, BYD, Reliance /Faradion et HiNa Battery. La CATL a souligné la nécessité de poursuivre la promotion et le développement de la technologie des SIB.