Une avancée dans la recherche pourrait être la clé de batteries renouvelables à faible coût et de longue durée pour les véhicules électriques
Une solution rentable qui fournit plus d'énergie
Les batteries au lithium-soufre n'ont jamais été à la hauteur de leur potentiel en tant que nouvelle génération de batteries renouvelables pour les véhicules électriques et d'autres appareils. Mais l'ingénieur mécanicien de la SMU, Donghai Wang, et son équipe de recherche ont trouvé un moyen de faire durer ces batteries Li-S plus longtemps - avec des niveaux d'énergie plus élevés - que les batteries renouvelables existantes.
La logique de conception du réseau de polymères hybrides, qui permet de créer des batteries Li-S solubles sans polysulfure.
SMU
L'équipe de recherche a réussi à empêcher les batteries Li-S de produire un effet secondaire indésirable connu sous le nom de dissolution du polysulfure qui apparaît au fil du temps, réduisant ainsi leur durée de vie.
"Cette avancée pourrait déboucher sur des batteries plus durables", a déclaré M. Wang, titulaire de la chaire d'ingénierie mécanique de la Fondation Brown et professeur d'ingénierie mécanique à la SMU Lyle. Ses recherches portent sur la conception et la synthèse de matériaux fonctionnels nanostructurés et sur les technologies de stockage de l'énergie telles que les batteries Li-ion, mais aussi au-delà de la technologie Li-ion.
Une étude publiée dans la revue Nature Sustainability montre que la cathode à réseau polymère hybride récemment mise au point par l'équipe permet aux batteries Li-S de fournir plus de 900 mAh/g (milliampères-heure par gramme de masse), par rapport à la capacité habituelle de 150-250 mAh/g des batteries lithium-ion. Cela signifie que la quantité d'énergie électrique qu'elles peuvent conserver est beaucoup plus élevée.
"Elle offre également une excellente stabilité en cyclage, surpassant les batteries lithium-soufre conventionnelles", a déclaré M. Wang.
La capacité de cyclage mesure le nombre de fois qu'une batterie peut se charger et se décharger avant que sa capacité ne se dégrade fortement. Une capacité de cyclage plus élevée signifie une batterie plus durable.
Des chercheurs de l'université d'État de Pennsylvanie, du Pacific Northwest National Laboratory, du Brookhaven National Laboratory, de l'université de l'Illinois à Chicago et du Argonne National Laboratory ont aidé M. Wang à concevoir la cathode.
Une solution rentable qui fournit plus d'énergie
Ce qui rend les batteries Li-S si prometteuses en tant que source d'énergie renouvelable, c'est qu'elles sont plus rentables et peuvent contenir plus d'énergie que les batteries rechargeables traditionnelles à base d'ions.
Mais ces piles posent un problème majeur.
"Au fil des ans, la communauté des fabricants de piles s'est efforcée d'atténuer les effets négatifs de la dissolution du polysulfure", explique M. Wang.
Toutes les piles sont dotées d'une borne positive et d'une borne négative. À l'intérieur de la batterie, la réaction chimique qui se produit en permanence entre ces deux bornes fournit de l'énergie ou de l'électricité à la batterie.
Dans le cas des batteries Li-S, une électrode positive ou borne contenant du soufre, appelée cathode, est associée à une électrode négative en lithium métal, appelée anode. Entre ces composants se trouve l'électrolyte, c'est-à-dire la substance qui permet aux ions de passer entre les deux extrémités de la batterie.
Or, le soufre est loin d'être un matériau idéal pour une électrode.
Lorsque les ions lithium se lient aux atomes de soufre à la cathode, ils créent des molécules solubles de polysulfure qui dérivent dans l'électrolyte, entraînant la dégradation de la cathode et réduisant la capacité de la batterie à supporter plusieurs cycles de charge. C'est ce qu'on appelle la dissolution du polysulfure.
Wang et son équipe ont trouvé un moyen de résoudre ce problème en utilisant ce qu'ils appellent une cathode à réseau de polymères hybrides.
"Notre cathode utilise de multiples liaisons de soufre, l'adsorption atomique et le transport rapide d'ions lithium et d'électrons au niveau moléculaire", explique M. Wang. "Cette combinaison permet de relier et d'adsorber en temps réel toute espèce de soufre non liée, éliminant ainsi efficacement les polysulfures solubles et prolongeant la durée de vie de la batterie.
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Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Meng Liao, Yaobin Xu, Muhammad Mominur Rahman, Sha Tan, Daiwei Wang, Ke Wang, Naveen K. Dandu, Qian Lu, Guoxing Li, Linh Le, Rong Kou, Heng Jiang, Au Nguyen, Pei Shi, Lei Ye, Anh T. Ngo, Enyuan Hu, Chongmin Wang, Donghai Wang; "Hybrid polymer network cathode-enabled soluble-polysulfide-free lithium–sulfur batteries"; Nature Sustainability, 2024-10-22
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