Comment fonctionne la première batterie lithium-soufre ?

Grâce à la nanotechnologie, elle est cinq fois plus dense qu'une batterie lithium-ion standard et dure plus de 1 000 cycles.

La batteria al litio-zolfo sviluppata dai ricercatori dell'Università del Michigan

Par: Francesco Barontini

Traduit par: Khalil Bouguerra

19 Jan 2022 à 10:30

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L'université du Michigan affirme avoir trouvé un moyen de fabriquer une batterie au lithium-soufre capable de garantir le même niveau de performance pendant plus de 1 000 cycles de charge/décharge, ce qui est considéré comme le seuil d'utilisation pour les voitures électriques.

La batterie aurait alors l'avantage d'une densité énergétique 5 fois plus élevée à celle d'une batterie lithium-ion, ce qui permettrait de surmonter le principal problème de la technologie lithium-soufre, à savoir, une dégradation rapide. Afin de garantir une durée de vie plus longue, les chercheurs de l'université américaine ont adopté une membrane à mailles spéciales fabriquée à partir de nanofibres d'aramide (fibres synthétiques solides et résistantes à la chaleur) dérivées du Kevlar.

Mode de fonctionnement

"Il existe de nombreux modèles de batteries au lithium-soufre qui promettent un niveau de performance constant sur de nombreux cycles", explique Nicholas Kotov, le professeur qui a dirigé les recherches, "mais pour augmenter la durabilité, ils font des compromis sur d'autres paramètres tels que la densité d'énergie, la vitesse de recharge ou la sécurité". Le défi aujourd'hui est de développer une batterie au lithium-soufre qui dure des dizaines de fois plus longtemps avec les mêmes autres caractéristiques et sans augmenter les coûts.

Le professeur Kotov et son équipe travaillent depuis longtemps sur les batteries lithium-soufre. Auparavant, ils avaient essayé des réseaux de nanofibres d'aramide immergés dans un gel électrolyte pour stopper la dégradation. Aujourd'hui, grâce à une méthode jamais utilisée auparavant, ils ont travaillé à la fois au niveau moléculaire et nanotechnologique. Ils s'opposent ainsi à la formation de dendrites et de polysulfures de lithium, deux éléments qui entraînent une perte de performance.

"Inspirés par ce que nous avons observé en biologie, nous avons créé des autoroutes pour les ions lithium où les polysulfures de lithium ne peuvent pas passer", explique Ahmet Emre, un chercheur qui a participé à l'étude. "Le problème était que les polysulfures de lithium et les ions lithium ont une taille similaire et que l'on ne pouvait pas bloquer les polysulfures de lithium sans interférer avec les ions lithium, qui devaient être libres de se déplacer. C'est pourquoi nous avons ajouté une charge électrique aux pores de la membrane pour agir comme un filtre supplémentaire".

En route pour sa commercialisation

Ainsi, selon les résultats publiés par l'équipe de recherche, la batterie conçue est très proche des limites théoriques en termes de capacité et d'efficacité. En outre, elle peut supporter les températures élevées typiques de l'utilisation d'une voiture électrique et peut fonctionner correctement aussi bien par temps chaud qu'en hiver, lorsque les températures sont froides.

La batterie lithium-soufre conçue par l'université du Michigan a été rendue possible grâce à un financement de la National Science Foundation et du ministère de la défense et a été protégée par un brevet. Le professeur Kotov travaille maintenant à la création d'une entreprise pour commencer la production en masse et sa commercialisation.

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