Avancée dans les batteries lithium-soufre

Les batteries lithium-soufre (Li-S) figurent parmi les candidats les plus prometteurs pour les nouvelles générations de batteries. Toutefois, le soufre ou les composés organiques en contenant (polysulfures), créés lors de la réaction électrochimique de charge et de décharge de la batterie, sont fortement isolants aux courants électriques et ioniques. Pour contourner ce problème et maintenir le contact entre la cathode et les composés conducteurs électriques, l’équipe du Département de Chimie de l’Université de Waterloo (Canada) a élaboré une cathode carbone-soufre nanostructurée et fortement ordonnée [1].
Dans le cadre de la poursuite de ces travaux, une équipe menée par le Centre d’excellence « Nanosystems Initiative Munich » (NIM – Bavière), en collaboration avec le Département de Chimie de l’Université de Waterloo, a étudié la synthèse de structures conductrices en carbone mésoporeuses nanostructurées. Les chercheurs sont parvenus à créer une structure présentant une densité de pores de 2,32 cm3/g avec une surface de 2.445 m2/g, ce qui constitue vraisemblablement un record [2]. Les atomes de soufre peuvent se répartir de manière homogène à l’intérieur des pores, qui possèdent un diamètre compris entre 3 et 6 nm. La quasi-totalité des atomes de soufre se trouvent alors disponibles pour accepter les ions lithium, tout en se trouvant à proximité du carbone conducteur. Les batteries ainsi développées possèdent une capacité de 1.200 mAh/g, avec une bonne stabilité lors des cycles de charge/décharge.

De plus, la structure de carbone réduit le problème relatif aux polysulfures apparaissant lors de la charge et de la décharge de la batterie et pouvant altérer ces derniers. Or, le carbone reste lié aux polysulfures jusqu’à leur transformation en sulfures de dilithium, inoffensif pour la batterie. De plus, les chercheurs ont pu incruster une couche d’oxyde de silicium à l’intérieur de la structure de carbone, protégeant la batterie des polysulfures sans altérer la conductibilité.

Pour en savoir plus, contacts :

– [1] Cette découverte avait fait l’objet d’un BE : « Avancées dans les batteries Li-S : un pas de plus vers des batteries plus performantes (Publication) », BE Canada 356 – 25/06/2009 – http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/59685.htm. La publication originale quant à elle est consultable au lien suivant (en anglais) : http://www.nature.com/nmat/journal/v8/n6/full/nmat2460.html
– [2] Cette avancée a fait l’objet d’une publication dans la revue « Angewandte Chemie », consultable au lien suivant (en anglais) : http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201107817/abstract
– Prof. Dr. Thomas Bein, titulaire de la chaire de chimie physique II à l’Université Ludwig-Maximilian de Munich (LMU – Bavière) – tél. : +49 89/2180-77621 – emmail : tbein@cup.uni-muenchen.de – http://bein.cup.uni-muenchen.de

Sources :

« Bessere Akkus mit Kohlenstoff-Nanoteilchen », communiqué de presse de l’Université Ludwig-Maximilian de Munich – 10/04/2012 – http://www.uni-muenchen.de/aktuelles/news/2012/f-m-02-12.html

Rédacteurs :

Lucas Ansart, lucas.ansart@diplomatie.gouv.fr – https://www.science-allemagne.fr