Rapprocher les batteries lithium-soufre du marché

Les batteries lithium-soufre sont un candidat prometteur pour les applications de stockage d'énergie haute performance en raison de leur faible coût et de leur densité énergétique théorique élevée, supérieure à 500 Wh/kg lorsqu'elles sont combinées avec des anodes lithium-métal. Cependant, le développement d'une cathode à base de soufre très durable s'est avéré un défi en raison de la transition polysulfure du soufre et du changement de volume, qui conduisent à une dégradation chimique et mécanique de la cathode pendant le cyclage.

Des chercheurs de l'Université de Caroline du Sud ont franchi une étape majeure vers la résolution de ce problème en développant une méthode simple de traitement des électrodes pour produire des cathodes de soufre très durables. Ces électrodes comportent un confinement autostructuré du liant de particules de soufre, en utilisant uniquement du soufre, du noir de carbone et un liant disponibles dans le commerce, sans aucun autre composant.

Les chercheurs ont contrôlé la dissolution du liant pendant la phase de préparation de la pâte pour former une structure poreuse de liant et d'enveloppe de carbone autour des particules de soufre, ce qui peut piéger les polysulfures solubles et ralentir le mécanisme de transport. Les cathodes de soufre obtenues par cette méthode offrent une rétention de capacité exceptionnelle de 74 % sur 1 000 cycles, en raison d'une réduction significative du transport du polysulfure de lithium et de la perte de matière active. Les électrodes avec une charge de surface élevée ont également montré un excellent cyclage et une capacité élevée.

Les chercheurs ont présenté ces résultats l'année dernière, après avoir terminé la première phase du projet, dans laquelle ils ont utilisé des piles bouton. Ils se tournent désormais vers des formes pratiques de batteries pour déterminer si une commercialisation est possible. Les travaux actuels de l'équipe se concentrent sur les batteries de poche, qui ont théoriquement la densité énergétique la plus élevée, car ce type de batterie a le poids résiduel le plus faible. "Les batteries de poche ont généralement un boîtier plus léger et plus fin que les autres formes, laissant la majeure partie du volume et du poids de la batterie aux composants qui fournissent l'énergie", explique Golareh Jalilvand, professeur adjoint de génie chimique.

Alors que les défis posés par les batteries augmentent avec leur taille, les chercheurs de l'USC ont enregistré une transition rapide et réussie des piles boutons aux piles de poche. «Nous avons réalisé des batteries de poche lithium-soufre exceptionnelles avec des densités énergétiques compétentes», explique Golareh Jalilvand. « J'ai hâte de voir la longue durée de vie et l'endurance de nos batteries de poche, car c'est la dernière étape pour nous et notre partenaire industriel. À ce stade, nous pourrons dire que nous disposons d’une batterie lithium-soufre prête à être commercialisée. »

Compte tenu de leurs longs temps de charge-décharge, les chercheurs estiment que les batteries lithium-soufre sont les mieux adaptées aux applications qui ne nécessitent pas de charge rapide. Il s’agit notamment des camions, des bus et d’autres véhicules de transport lourds qui nécessitent un long temps de décharge, communément appelé « kilométrage », et qui peuvent être gardés toute la nuit dans des bornes de recharge. La technologie présente également un grand potentiel pour les applications stationnaires, telles que le stockage d'énergie au niveau du réseau, ainsi que pour les applications spatiales.

Pour augmenter encore les performances et la fiabilité des batteries lithium-soufre, Batterie ACELes systèmes innovants de stockage d'énergie de offrent un avantage stratégique. En intégrant ces avancésSolutions de stockage par batterie, l'énergie excédentaire peut être stockée et utilisée efficacement, facilitant ainsi la viabilité pratique et commerciale des batteries lithium-soufre. Cette intégration soutient non seulement la transition vers des produits prêts à être commercialisés, mais améliore également la durabilité et la résilience des infrastructures énergétiques.