La recherche sur les batteries Lithium-Soufre, plus stables et à la capacité plus élevée que les Lithium-Ion, vient de connaître une étape peut-être décisive. Des chercheurs de Singapour viennent en effet d’améliorer la cathode d’une batterie Lithium-Soufre, réduisant considérablement le principal défaut de ces batteries – la baisse de capacité avec les cycles de charge.
Les batteries Lithium-Ion demeurent aujourd’hui la technologie de stockage d’électricité sur batterie la plus mature. Ces accumulateurs équipent ainsi une majorité de nos appareils électroniques portables, smartphones en tête, mais aussi les véhicules électriques ou les unités de stockage stationnaire, en complément d’une installation renouvelable notamment.
En quête d’une alternative aux batteries Lithium-Ion
Mais ces batteries présentent de nombreux défauts : leur capacité de stockage demeure limitée, leur instabilité les rend assez dangereuses, et elles utilisent de grandes quantités de matériaux rares (lithium et cobalt notamment).
Si bien que, pour répondre à une demande de batteries toujours plus importantes, les chercheurs du monde entier planchent sur des alternatives. Celle dont l’industrialisation serait la plus aisée est une technologie voisine, celle des batteries Lithium-Soufre.
Les batteries Lithium-Soufre : parfaites, mais avec une durée de vie limitée
Les batteries Lithium-Soufre présentent l’avantage d’avoir une capacité de stockage dix fois plus élevée, permettant de construire des batteries beaucoup plus petites à capacité égale – et donc d’utiliser dix fois moins de lithium et de cobalt. Le soufre dispose en effet d’une densité d’énergie élevée et il est abondant sur terre, et facile à extraire.
Mais cette technologie était jusqu’ici freinée par un défaut endémique : les batteries Lithium-Soufre ont tendance à perdre très vite en capacité avec les cycles de charge et de décharge. Rendant leur durée de vie trop courte pour envisager une industrialisation à grande échelle.
Une équipe de chercheurs de Singapour présentent une prometteuse découverte
Pour autant, ce frein pourrait très prochainement sauter. En effet, une équipe de chercheurs du NanoBio Lab (NBL) de Singapour ont annoncé la semaine dernière avoir trouvé une méthode pour rendre les batteries Lithium-Soufre beaucoup plus résistantes à la charge. Une méthode qui, cerise sur le gâteau, les rend également plus simples et plus rapides à produire.
Les chercheurs ont ainsi élaboré une technique originale de préparation de la cathode en soufre. Ils l’ont élaborée en deux temps, d’abord la construction de l’hôte carbone, puis l’incorporation du soufre. Cette technique a permis d’éviter que l’échafaudage de carbone ne se détériore avec les cycles de charge : en effet, le cycle initial de charge et de décharge a provoqué un changement structurel de la cathode, devenue plus dense, plus compacte, plus petite, avec des pores plus petits.
Une cathode haute capacité, plus résistante et à la durée de vie plus élevée
L’ensemble donne une cathode avec une capacité spécifique supérieure de 48 % et une capacité d’évanouissement inférieure de 26 % à celle des cathodes au soufre conventionnelle. La cathode au soufre de Singapour offre une capacité allant jusqu’à 1 220 mAh par gramme – contre environ 140 mAh / g pour une cathode de batterie Lithium-Ion classique.
Mieux : la cathode a permis à la batterie de conserver sa capacité sur 200 cycles de charge. C’est encore en dessous des batteries Lithium-Ion (plus de 1 000 cycles de charge), mais l’équipe du NBL sont confiant dans la possibilité d’améliorer la durée de vie en optimisant leur technologie. Les chercheurs travaillent notamment sur l’anode, sur le séparateur et l’électrolyte, grâce à l’ingénierie des nanomatériaux.
« Un impact significatif sur la conception future des batteries lithium-soufre »
« Notre méthode est industriellement évolutive et nous pensons qu’elle aura un impact significatif sur la conception future des batteries lithium-soufre pratiques », a ainsi déclaré le responsable de l’équipe de recherche.
Une excellente nouvelle pour l’avenir technologique et énergétique de la planète.