Les solutions les plus simples sont parfois les plus efficaces. Une équipe de chercheurs du Monarsh Energy Institute, en Australie, a découvert que l’ajout de sucre sur la cathode d’une cellule lithium-soufre (Li-S) permet d’augmenter significativement sa durée de vie. Il s’agit d’une avancée majeure car la longévité de ces batteries – considérées comme de potentiels successeurs des batteries lithium-ion (Li-ion) – était jusqu’à présent l’un de leur point faible. Ces travaux ont été publiés le 10 septembre dans la revue Nature.

Stocker 5 fois plus d’énergie

Etudiée depuis quelques années, les batteries lithium-soufre présentent un potentiel de performance supérieure à celle des batteries Li-ion. Contrairement à ces dernières, où les ions lithiums sont intercalés dans une structure hôte, les batteries Li-S s’affranchissent de cette architecture, avec une anode en lithium métallique et une cathode de soufre. Cette technologie permet théoriquement de stocker jusqu’à 5 fois plus d’énergie que les batteries lithium-ion et d’atteindre potentiellement une énergie spécifique de 400 à 600 Wh/kg.

Cependant, les batteries Li-S pâtissent encore de nombreux problèmes, notamment d’une faible durée de vie. Le processus chimique génère en effet des « navettes de polysulfures », où des sulfures et des polysulfures de lithium issus de la cathode se déposent sur l’anode au fil des cycles, réduisant considérablement sa longévité.

Confiner les polysulfures

Pour stabiliser le soufre de la cathode, les chercheurs du Monash ont cherché un moyen de confiner les polysulfures en enrobant le soufre avec un liant. Plusieurs systèmes ont été testés comme des gommes naturelles ou des liants à base de cellulose. Des nanocomposites ont également été explorés, comme un mélange de polypyrrole et de polyuréthane (PPyPU), ou encore une cyclodextrine modifiée. Si ces liants améliorent bien les propriétés électriques et mécaniques de la cathode, aucun n’a pour le moment montré une stabilité sur le long terme.

Les meilleurs résultats ont été obtenus en ajoutant du glucose à l’architecture de la cathode pour réguler le déplacement des polysulfures. Pour démontrer la robustesse du système, les chercheurs ont fabriqués des cathodes avec des charges élevées de soufre (10,5 mg/cm2), atteignant ainsi une capacité surfacique de 12,56 mAh/cm2 et une efficacité de Coulomb supérieure à 98%. Le prototype possédait une capacité initiale de 1200 mAh/g. Après 500 cycles ce prototype conservait une capacité de 1106 mAh/g et environ 700 mAh/g après 1000 cycles.

Bien qu’encore loin de l’industrialisation, cette technologie est prometteuse pour mettre au point une nouvelle génération de batteries, plus légères et à la capacité de stockage accrue.

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