Des batteries lithium-soufre avancées avec un potentiel énergétique élevé
Comparées aux batteries lithium-ion courantes, les batteries lithium-soufre présentent des avantages importants. Le soufre est léger et abondant, avec une grande capacité énergétique et une grande profondeur de décharge. Cependant, les technologies de batterie lithium-soufre existantes souffrent d'une faible conductivité électrique de la cathode et de la perte irréversible de matériaux actifs lors de la dissolution lithium-soufre dans l'électrolyte. Dans le cadre du projet EUROLIS (Advanced European lithium sulphur cells for automotive applications), financé par l'UE, des chercheurs ont proposé de nouveaux développements pour répondre à ces problèmes. L'équipe a utilisé des réservoirs de polysulfure avec des surfaces modifiées pour stabiliser les cathodes lithium-soufre. Le système proposé avec une grande zone de surface permet une faible adsorption des intermédiaires polysulfurés et également une désorption réversible. Le matériau actif est par conséquent complètement utilisé. Pour mieux comprendre l'impact de la zone de surface et les interactions entre l'électrolyte et les composites de cathode à base de soufre, il est nécessaire d'avoir des techniques de caractérisation fiables. Le projet EUROLIS a développé un certain nombre d'outils in situ et ex situ différents pour analyser les batteries lithium-soufre à différents niveaux de décharge et de charge. Cela a permis de mieux comprendre les propriétés électrochimiques de la batterie lithium-soufre. Le projet EUROLIS les a utilisés pour suivre de manière efficace la formation et la diffusion de polysulfure ou la migration dans différentes parties de la batterie lithium-soufre. Les chercheurs ont étudié avec succès un ensemble de matériaux carbone différents à utiliser comme structures hôtes du soufre. L'attention a été portée sur la manière dont la forme du matériau de carbone affecte les performances électrochimiques de la batterie, comment la composition chimique affecte la baisse de capacité, et enfin sur le développement de voies de synthèse à grande échelle. Le travail du projet a abouti au développement de trois générations de prototypes de batterie lithium-soufre. Les séparateurs, le remplisseur lithium et électrolyte ont été adaptés pour préparer 12 cellules prototypes en configuration standard. Les chercheurs ont également évalué des technologies lithium-soufre alternatives: la combinaison de silicium lithié dans l'anode et de soufre dans la cathode, des tests de performances d'une batterie flux utilisant la catholyte, et finalement le développement d'une batterie soufre à l'état solide basée sur un séparateur céramique. Le projet EUROLIS a proposé des solutions pratiques aux problèmes chimiques inhérents aux batteries lithium-soufre. Grâce à leur grande densité énergétique et leur coût relativement faible, les batteries lithium-soufre sont très prometteuses pour les véhicules électriques, et devraient permettre de leur faire effectuer des parcours plus long sans qu'il soit nécessaire de les recharger.
Mots‑clés
Batteries lithium-soufre, densité énergétique, véhicules électriques, EUROLIS, polysulfure
