La demande d’énergie à la fois abordable et durable amène les chercheurs à développer des appareils à haute densité énergétique. Des universitaires et des professionnels de l’industrie se sont tournés vers le lithium-soufre.
De nombreuses caractéristiques ont attiré l’attention des chercheurs, comme son faible coût, son abondance, sa non-toxicité et sa durabilité. Ainsi, le soufre pourrait constituer une alternative prometteuse pour les batteries de la prochaine génération.
Pourtant, le principal inconvénient de cette ressource est sa faible conductivité. Pour le contourner, une nouvelle chimie a été mise au point par une équipe multi-institutionnelle. De cette façon, la batterie Li-S pourrait offrir quatre fois plus de performances que l’actuelle Li-Ion, en matière d’énergie et de stabilité.
La recherche a été dirigée par Chunsheng Wang de l’université du Maryland. Toutefois, Chao Luo-un, professeur de chimie et de biochimie à l’Université George Mason, en est l’auteur principal.
Encapsuler le soufre à l’échelle nanométrique
Les chercheurs ont utilisé du graphème, des nanotubes de carbone, du carbone poreux et du graphite expansé pour empêcher la dissolution des polysulfures et augmenter la conductivité électrique. Le défi consiste à encapsuler le soufre à l’échelle nanométrique dans une matrice de carbone conducteur.
« Ce traitement à haute température consiste à utiliser la liaison chimique entre le soufre et l’oxygène-carbone. Il faudrait vaporiser le soufre pur et carboniser le composé organique riche en oxygène dans un tube de verre sous vide. Ainsi, on peut obtenir un composite dense de soufre-carbone stabilisé à l’oxygène et à haute teneur en soufre », a déclaré Luo.
Pour activer le mécanisme de réaction des électrodes, les scientifiques ont utilisé des instruments de microscopie électronique à balayage (MEB), de microscopie électronique à transmission (MET), de la spectroscopie photo électronique à rayons X (XPS) et la fonction de distribution des paires.
« Le soufre stabilisé est distribué uniformément dans le carbone au niveau moléculaire avec une teneur de 60%. La formation d’une interphase d’électrolyte solide pendant les cycles d’activation scelle le soufre dans une matrice de carbone, offrant des performances électrochimiques supérieures », a expliqué Wang.
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Un immense potentiel pour les batteries Li-S
Les batteries au lithium-soufre auront certainement leur place auprès dans les smartphones, l’électronique domestique, les véhicules électriques, les dispositifs de stockage d’énergie à grande échelle, etc.
Un brevet a déjà été déposé et les prototypes de batterie Li-S sont en cours de conception, en Allemagne. Presque tous les grands fabricants sont attentifs au résultat afin d’entrer au plus vite dans la phase industrielle.
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