un-nouveau-type-de-batterie-rechargeable-plus-efficace

Les batteries rechargeables sont une nécessité pour répondre de manière durable à la demande croissante d’énergie dans le monde, mais toutes ne sont pas égales. Des chercheurs de l’unité des matériaux énergétiques et des sciences de surface de l’université d’Okinawa ont travaillé à l’optimisation d’un candidat prometteur parmi ces sources d’énergie : les batteries au lithium-soufre.

Les batteries au lithium-soufre

« Les batteries au lithium-soufre peuvent stocker plus d’énergie que les batteries au lithium-ion qui sont déjà disponibles dans le commerce », a déclaré le Dr Hui Zhang, premier auteur de cette étude. « Pour donner des chiffres, un véhicule électrique qui fonctionne avec des batteries lithium-ion peut parcourir en moyenne 300 km avant de devoir être rechargé. Grâce à l’amélioration du stockage de l’énergie fournie par les batteries au lithium-soufre, il devrait être possible d’étendre cette autonomie à 500 km. »

Le principal défi qui a empêché la commercialisation des batteries au lithium-soufre est que le produit intermédiaire est susceptible de se dissoudre. Pendant la construction de la batterie, le soufre va réagir avec le lithium pour former un produit. Cette réaction se fait en deux étapes.

Dans la première étape, le produit sera du polysulfure de lithium, qui peut facilement se dissoudre en polysulfures. Dans ce cas, les polysulfures altèrent les performances de la batterie, ce qui réduit considérablement sa durée de vie.

Pour optimiser les batteries, le polysulfure de lithium doit se transformer en produit final, soit Li2S2 ou Li2S, le plus rapidement possible. Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé deux matériaux différents : le TiO2, qui absorbe les polysulfures indésirables, et le TiN, qui accélère le processus.

Un hybride peu coûteux

« En utilisant ces deux matériaux, nous avons développé un hybride peu coûteux et facile à appliquer », a déclaré le Dr Luis Ono, deuxième auteur de cette étude. « Nous avons constaté qu’il avait une excellente capacité à améliorer les performances de la batterie ».

Ces matériaux sont très sensibles. Pour maximiser l’efficacité de la batterie, les chercheurs ont travaillé à l’échelle du nanomètre. Ils ont constaté que 10nm de TiN et 5nm de TiO2 créaient le produit le plus efficace.

Grâce à l’absorption des polysulfures et à l’accélération de l’ensemble du processus, les performances de la batterie ont été considérablement améliorées. Cela s’est traduit par un temps de charge plus court, une plus longue durée entre les charges et une plus grande durée de vie globale. Pour établir ce constat, les chercheurs ont fait fonctionner leur batterie pendant 200 cycles et ont constaté que son rendement était pratiquement le même.

Optimiser cette batterie

« Nous allons continuer à optimiser les matériaux pour améliorer les performances », a déclaré le professeur Yabing Qi, auteur principal de cette étude. « De nombreux esprits brillants travaillent sur les batteries au lithium-soufre et c’est une technologie vraiment prometteuse et passionnante. »

Cette recherche a été publiée dans Nature Communications.

Source : Okinawa Institute of Science and Technology
Crédit photo : iStock