Grâce à leur meilleure densité énergétique et à leur légèreté, les batteries lithium-soufre sont très prometteuses en tant que successeur potentiel des batteries lithium-ion traditionnelles. Mais il y a eu des difficultés de croissance, et la technologie émergente a ses propres problèmes à surmonter. Aujourd’hui, les ingénieurs ont mis au point un nouveau type de cathode hybride pour une batterie lithium-soufre qui semble avoir une meilleure densité énergétique que les versions existantes des batteries lithium-ion et lithium-soufre.

Normalement, le soufre contenu dans une pile au lithium-soufre se trouve dans la cathode, et celle-ci est fabriquée de deux façons. Malheureusement, il y a un compromis à faire – elle peut avoir une densité d’énergie élevée en termes de poids (gravimétrique), ou en termes de volume (volumétrique), mais pas les deux. Dans le sens le plus simple, cela signifie que votre batterie est soit petite mais lourde, soit légère mais grande.

C’est le problème visé par la nouvelle étude, à laquelle participent des chercheurs du MIT, du Samsung Advanced Institute of Technology, de l’Université de Tongji, de l’Académie chinoise des sciences et du Songshan Lake Materials Laboratory.

Les chercheurs ont construit leur nouvelle cathode hybride au soufre dans le but d’obtenir le meilleur des deux mondes. La cathode solide est constituée d’une combinaison de particules de soufre pur et de sulfure de molybdène en phase de Chevrel, comprimées ensemble. Parce que le résultat final est hautement conducteur de l’électricité, il n’a pas besoin d’autant de carbone – il n’a besoin que d’environ 10 %, comparé aux 20 ou 30 % nécessaires dans les autres cathodes de soufre.

À l’aide de la nouvelle cathode, l’équipe a construit une batterie de poche à trois couches d’une capacité de 1 000 mAh et affirme qu’elle surpasse déjà d’une certaine façon la technologie des batteries existantes, avant même qu’elle ait été optimisée. En général, la densité d’énergie des batteries lithium-ion commerciales atteint 265 wattheures par kilogramme et 700 wattheures par litre. Les batteries lithium-soufre actuelles, quant à elles, peuvent atteindre 400 wattheures dans les deux cas.

La nouvelle batterie lithium-soufre peut actuellement atteindre plus de 360 wattheures par kg et 581 par L, ce qui signifie qu’elle a déjà une meilleure densité d’énergie gravimétrique que le lithium-ion et une meilleure densité volumétrique que les autres appareils lithium-soufre. L’équipe estime qu’avec plus de travail, le nouveau design devrait atteindre 400 wattheures par kg et 700 par litre.

Mais la nouvelle cathode lithium-soufre présente un inconvénient majeur : sa durée de vie. C’est un problème assez courant avec ces batteries, et les chercheurs assurent qu’ils s’efforcent d’améliorer la conception globale des cellules pour résoudre le problème. D’autres équipes s’y attaquent en améliorant l’autre extrémité, l’anode de lithium.

http://news.mit.edu/2019/hybrid-cathode-lithium-batteries-0325

https://www.nature.com/articles/s41560-019-0351-0