Des batteries lithium-soufre pourraient alimenter les véhicules de demain

De nouvelles recherches suggèrent que la technologie qui équipe actuellement la plupart des véhicules électriques et des smartphones pourrait prochainement être remplacée par une toute nouvelle composition chimique, décuplant l’efficacité des batteries.

Une avancée importante

Alimentant aussi bien les ordinateurs portables que les montres intelligentes ou les cigarettes électroniques, les batteries lithium-ion disposent d’un rendement insuffisant pour soutenir l’évolution de la technologie grand public. Considérés comme une alternative potentielle, les dispositifs lithium-soufre se heurtaient jusqu’à présent au problème des « navettes de polysulfures », caractérisé par le déplacement des électrolytes d’une extrémité à l’autre de la batterie, impliquant une accumulation de sulfure et de polysulfure de lithium responsable de leur détérioration rapide.

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En raison de leurs performances nettement supérieures et de leur coût de production bien plus faible, les batteries au soufre ont fait l’objet de nombreuses recherches ces dernières années, visant à contourner cet obstacle majeur.

Dans le cadre de travaux récemment présentés dans la revue ChemSusChem, des chercheurs de l’Institut de technologie de Gwangju, en Corée du Sud, ont identifié un moyen de résoudre ce problème, grâce à un catalyseur (substance pouvant être utilisée au cours d’une réaction chimique afin de modifier la réaction sans être consommée durant le processus) rendant la dégradation des batteries lithium-soufre réversible durant leur utilisation.

De l’oxalate de cobalt pour éviter la détérioration des batteries

« Nos précédents travaux impliquant l’oxalate de cobalt (CoC2O4) avaient montré que les ions chargés négativement pouvaient facilement se fixer à la surface de ce matériau durant l’électrolyse », expliquent Jaeyoung Lee, auteur principal de l’étude. « Cela nous a incités à émettre l’hypothèse que l’oxalate présenterait un comportement similaire avec le soufre dans les batteries lithium-soufre. »

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Afin de tester leur hypothèse, les chercheurs ont fabriqué une batterie lithium-soufre dont la cathode comportait une couche d’oxalate de cobalt. Il s’est avéré que le catalyseur était capable d’absorber le soufre et de rendre liquides le sulfure et le polysulfure de lithium. L’absorption a également empêché le dispositif de s’auto-décharger, ce qui a permis d’améliorer sa durée de vie, ses performances, ainsi que le stockage de l’énergie.

Selon les auteurs de l’étude, les batteries basées sur cette nouvelle approche pourraient notamment permettre d’alimenter des avions sans pilote, des bus, camions et trains électriques, et assurer le stockage de l’énergie à grande échelle.

Une technologie au potentiel énorme

L’université Monash s’est récemment illustrée dans le domaine des batteries lithium-soufre en dévoilant des dispositifs capables d’alimenter un smartphone pendant cinq jours consécutifs et de permettre à un véhicule électrique de parcourir plus de 1 000 kilomètres avec une seule charge.

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En 2017, des recherches menées par des scientifiques du Berkeley Lab avaient débouché sur la mise au point d’un stabilisateur à base d’algues, permettant également d’éviter que ce type de batterie ne se détériore.

« Il existe une forte demande pour le stockage de l’énergie, mais la grande majorité des technologies actuelles présentent un coût élevé », avait a l’époque estimé le chercheur Gao Liu. « Le soufre étant un matériau très peu onéreux – il est pratiquement gratuit – et possédant une capacité énergétique beaucoup plus élevée que la technologie lithium-ion, l’utilisation des batteries lithium-soufre pourrait permettre d’y répondre efficacement. »