Divers constructeurs automobiles se préparent à passer de la combustion interne (IC) des véhicules à moteur aux véhicules électriques (VE). Cependant, en raison de leur coût plus élevé, les véhicules électriques ne sont pas aussi facilement accessibles aux consommateurs ; par conséquent, plusieurs gouvernements subventionnent les véhicules électriques pour promouvoir les ventes. Pour que les coûts des véhicules électriques soient compétitifs avec ceux des véhicules à moteur thermique, leurs batteries, qui représentent environ 30 % de leur coût, doivent être plus économiques que les véhicules à moteur thermique.
L'Institut coréen des sciences et Technologie (KIST) a annoncé au Centre de recherche sur le stockage d'énergie qu'il avait développé un nouveau matériau d'anode économique, hautes performances, destiné aux batteries secondaires sodium-ion, qui sont plus rentables que les batteries lithium-ion. Ce nouveau matériau peut stocker 1.5 fois plus d'électricité que l'anode en graphite utilisée dans les batteries lithium-ion commerciales et ses performances ne se dégradent pas même après 200 cycles à des taux de charge/décharge très rapides de 10 A/g.
Le sodium est plus de 500 fois plus abondant dans la croûte terrestre que le lithium ; par conséquent, les batteries sodium-ion ont attiré une attention considérable en tant que batterie secondaire de nouvelle génération, car elles sont 40 % moins chères que les batteries lithium-ion. Cependant, par rapport aux ions lithium, les ions sodium sont plus gros et, par conséquent, ne peuvent pas être stockés de manière aussi stable dans le graphite et le silicium, qui sont largement utilisés comme anodes dans de telles batteries. Par conséquent, le développement d'un nouveau matériau d'anode de grande capacité est nécessaire.
L'équipe de recherche KIST a utilisé du bisulfure de molybdène (MoS2), un sulfure métallique qui a suscité l'intérêt en tant que candidat pour les matériaux d'anode de grande capacité. MoS2 peut stocker une grande quantité d'électricité, mais ne peut pas être utilisé en raison de sa résistance électrique élevée et de l'instabilité structurelle qui se produit pendant le fonctionnement de la batterie. Cependant, l'équipe a surmonté ce problème en créant une couche de nano-revêtement en céramique à l'aide d'huile de silicone, un matériau peu coûteux et respectueux de l'environnement. Grâce au simple processus de mélange du MoS2 précurseur avec de l'huile de silicone et en traitant thermiquement le mélange, ils pourraient produire une hétérostructure stable avec une faible résistance et une stabilité améliorée.
De plus, l'évaluation des propriétés électrochimiques a indiqué que ce matériau pouvait stocker de manière stable au moins deux fois plus d'électricité (~600 mAh/g) que le MoS.2 matériau sans revêtement et pourrait maintenir cette capacité même après 200 cycles de charge/décharge rapide. Cette excellente performance a été obtenue par la formation de la couche de nano-revêtement en céramique avec une capacité de stockage électrique élevée, qui confère une conductivité et une rigidité élevées au MoS.2 surface, résultant en une faible résistance électrique du matériau et une stabilité structurelle élevée.
L'équipe de chercheurs a déclaré qu'ils « pourraient résoudre avec succès les problèmes de résistance élevée et d'instabilité structurelle du MoS.2 grâce à la technologie de stabilisation de surface de nano-revêtement. En conséquence, nous pourrions développer une batterie sodium-ion capable de stocker de manière stable une grande quantité d'électricité. Notre méthode utilise des matériaux économiques et respectueux de l'environnement et, si elle est adaptée à la fabrication à grande échelle de matériaux d'anode, peut réduire les coûts de production et, par conséquent, stimuler la commercialisation de batteries sodium-ion pour les dispositifs de stockage d'énergie de grande capacité.