Augmentation de la densité énergétique des batteries sodium-ion
Aperçu du projet
Ce projet vise à faire progresser la technologie des batteries sodium-ion (Na-ion) en tant que solution de rechange durable et abondante aux batteries lithium-ion. Au moment où augmente la demande mondiale d’électrification ainsi que la pression exercée sur les réserves de lithium, les batteries Na-ion constituent une voie prometteuse.
Bien que les batteries Na-ion offrent actuellement une densité énergétique inférieure à celle des versions au lithium-ion, cette recherche vise à combler cet écart de rendement. L’équipe créera de nouveaux matériaux d’anode et de cathode pour améliorer la capacité spécifique ainsi que la densité énergétique globale.
Voici les principales innovations :
- Matériaux d’anode à base de carbone dur incorporant une espèce d’alliage unique (« X »)
- Matériaux de cathode à partir d’une technique de dépôt par couches d'oxyde, conçus pour une plus grande capacité ainsi qu’une meilleure stabilité lorsqu’ils sont exposés à l’air
- Formulations d’électrolytes compatibles avec ces nouveaux matériaux
L’objectif ultime est de faire des batteries Na-ion une option pratique et efficace pour tout, des appareils mobiles aux véhicules électriques.
Renseignements clés
| Chercheur principal | Michael Metzger, professeur adjoint, Université de Dalhousie |
Cochercheur principal |
Chongyin Yang, professeur adjoint et titulaire de la chaire Tesla Canada, Université Dalhousie |
Collaborateurs de recherche |
Jeff Dahn, professeur de physique et des sciences de l’atmosphère, et titulaire de la chaire de recherche industrielle CRSNG Tesla-Canada, Université Dalhousie; Karim Zaghib, professeur de génie chimique et des matériaux, et directeur général de Volt-Age, Université Concordia; Yinjgie Xing, Tesla; Andrew Ulvestad, TeslaSunny Hy, Tesla |
| Partenaire non universitaire | Tesla |
| Mots-clés de la recherche | Stockage d’énergie, énergie renouvelable, batterie sodium-ion, densité énergétique, nouveaux matériaux d’anode, nouveaux matériaux de cathode |
| Budget | En espèces : 200 000 $ En nature : 210 000 $ |
Publications:
L. Zhang et al., “Towards a High-Performance Tin Anode for Practical Sodium-Ion Batteries,” J. Electrochem. Soc., vol. 172, no. 10, p. 100506, Oct. 2025, doi: 10.1149/1945-7111/ae0969.
W. Black, S. Azam, H. MacLennan, M. Metzger, and J. R. Dahn, “Understanding Capacity Loss in LFP/Graphite Pouch Cells at High Temperatures through Modelling,” J. Electrochem. Soc., vol. 172, no. 9, p. 090503, Sep. 2025, doi: 10.1149/1945-7111/adf5ed.
E. J. Butler et al., “Quantifying Electrolyte Motion in Cylindrical Li-Ion Cells using Rotational Inertia Measurements,” J. Electrochem. Soc., vol. 172, no. 6, p. 060526, Jun. 2025, doi: 10.1149/1945-7111/ade010.
K. Leslie, J. J. Abraham, H. MacLennan, R. Fenner, J. R. Dahn, and M. Metzger, “Reducing the Rate of Mn Dissolution in LiMn0.8 Fe0.2 PO4 /Graphite Cells with Mixed Salt and Low Salt Molarity Electrolytes,” J. Electrochem. Soc., vol. 172, no. 4, p. 040515, Apr. 2025, doi: 10.1149/1945-7111/adc951.
J. Deshmukh et al., “Improving Sodium Manganese Hexacyanoferrate with Optimized Synthesis Conditions, Effective Drying, and Small Amounts of Nickel,” J. Electrochem. Soc., vol. 172, no. 2, p. 020516, Feb. 2025, doi: 10.1149/1945-7111/adb13e.
A. Adamson, S. Abeysooriya, S. Chisholm, M. B. Johnson, T. Bötticher, and M. Metzger, “A Guide to Choosing Polymers for Use in Lithium-Ion Cells,” J. Electrochem. Soc., vol. 172, no. 1, p. 010527, Jan. 2025, doi: 10.1149/1945-7111/adacb6.
M. D. L. Garayt et al., “Restructuring of Sodium-Lead Alloys during Charge-Discharge Cycling in Sodium-Ion Batteries,” J. Electrochem. Soc., vol. 171, no. 12, p. 120521, Dec. 2024, doi: 10.1149/1945-7111/ad9bf0.
Z. Ye et al., “Impact of Jellyroll Tapes on Performance of Layered Oxide/Hard Carbon Sodium-Ion Pouch Cells,” J. Electrochem. Soc., vol. 171, no. 11, p. 110503, Nov. 2024, doi: 10.1149/1945-7111/ad8d4f.
K. Leslie, M. D. L. Garayt, E. J. Butler, M. Metzger, and J. R. Dahn, “Operando Stack Pressure Measurement of LFP/Graphite and LMFP/Graphite Cells to aid in State of Charge Prediction,” J. Electrochem. Soc., vol. 171, no. 10, p. 100516, Oct. 2024, doi: 10.1149/1945-7111/ad8144.
M. D. L. Garayt et al., “Practical Alloy-Based Negative Electrodes for Na-ion Batteries,” J. Electrochem. Soc., vol. 171, no. 7, p. 070523, Jul. 2024, doi: 10.1149/1945-7111/ad5e64.
H. Hijazi et al., “Can Layered Oxide/Hard Carbon Sodium-Ion Pouch Cells with Simple Electrolyte Additives Achieve Better Cycle Life than LFP/Graphite Cells?,” J. Electrochem. Soc., vol. 171, no. 5, p. 050521, May 2024, doi: 10.1149/1945-7111/ad47da.
Z. Ye, H. Hijazi, W. Black, S. Azam, J. R. Dahn, and M. Metzger, “Impact of Salts and Linear Carbonates on the Performance of Layered Oxide/Hard Carbon Sodium-Ion Pouch Cells with Alkyl Carbonate Electrolytes,” J. Electrochem. Soc., vol. 171, no. 4, p. 040522, Apr. 2024, doi: 10.1149/1945-7111/ad3b73.
K. Leslie, J. Harlow, D. Rathore, K. Tuul, and M. Metzger, “Correlating Mn Dissolution and Capacity Fade in LiMn0.8 Fe0.2 PO4 /Graphite Cells During Cycling and Storage at Elevated Temperature,” J. Electrochem. Soc., vol. 171, no. 4, p. 040520, Apr. 2024, doi: 10.1149/1945-7111/ad3b77.
Matthew Garayt: Marshall Prize for Research in New Energy, Dalhousie University Clean Technology Research Institute, May 20, 2025.
But de la recherche
Matériaux d’électrode positive pour cellules Na-ion permettant d’améliorer la densité énergétique
Cette phase porte sur l’amélioration de la densité énergétique des cellules Na-ion :
- Augmentation de la tension moyenne
- Renforcement de la capacité spécifique
Les défis à relever comprennent des changements de phase irréversibles et la mise au point de systèmes électrolytiques résistants à l’oxydation. La recherche étudiera également comment les atomes dopants influencent la structure et le profil de tension des matériaux de cathode Na-ion.
Augmentation de la capacité spécifique de l’électrode négative en carbone dur pour les batteries Na-ion
Cette phase s’appuie sur des stratégies utilisées pour la mise au point des batteries Li-ion, comme l’alliage du graphite avec d’autres éléments, pour améliorer la performance des électrodes négatives en carbone dur dans les cellules Na-ion. L’équipe évaluera la viabilité de divers éléments d’alliage en fonction des recherches antérieures et de la viabilité commerciale.
Résumés de données, rapports aux partenaires et proposition d’impact
Le projet comprendra des résumés de données et des rapports d’étape réguliers à l’intention des partenaires. Une proposition d’impact finale sera rédigée en fonction de la réalisation d’objectifs techniques clés.
Partenaire non universitaire
Merci à notre partenaire à l’extérieur du milieu universitaire pour son soutien et sa confiance :
