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Lithium Sulfur Superbattery Exploitating Nanotechnology

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Des batteries à plus forte densité énergétique, moins chères et plus sûres

Une nouvelle batterie lithium (Li)-soufre, qui utilise du silicium lithié comme anode et un sulfure de carbone nanostructuré comme cathode, devrait permettre d'atteindre des densités énergétiques trois fois supérieures à celles des technologies de batterie actuelles.

Énergie

Le projet LISSEN (Lithium sulfur superbattery exploitating nanotechnology), financé par l'UE, a réuni 14 entreprises, instituts de recherche et universités. Afin de développer des cellules de batteries avancées pour les véhicules électriques, le consortium a utilisé des modèles géométriques 3D pour représenter des propriétés matérielles clés telles que les porosités. Les chercheurs ont observé que l'utilisation de solutions organiques modifiées et d'électrolytes liquides ioniques stables pouvait réduire de manière significative les problèmes environnementaux liés à la dissolution de la cathode soufre. En particulier, l'électrolyte liquide ionique était électrochimiquement stable même après l'ajout de polysulfures à chaîne longue pour limiter la dissolution de la cathode. De plus, ils ont observé que l'élimination de lithium métal de l'anode pouvait rendre les batteries plus sûres. Cependant, les travaux des chercheurs dans le cadre du projet LISSEN avaient pour objectif de remplacer tous les composants de batterie par des métaux présentant des performances supérieures en termes de densité énergétique, de fiabilité et de sécurité. La nouvelle configuration de batterie consiste en une anode composite silicium-carbone et une cathode composite lithium-sulfure de carbone nanostructurée. En plus d'une augmentation importante de la densité énergétique, ces matériaux offrent un cycle de vie comparativement plus long, pour un coût inférieur, obtenu par remplacement du cobalt par du soufre à la cathode. Des progrès importants ont été réalisés au cours des trois ans du projet à la petite échelle, avec l'optimisation de l'électrolyte de la batterie et l'amélioration à la fois des matériaux de l'anode et de la cathode. Cependant, il reste beaucoup de travail à plus grande échelle pour exploiter le prototype développé en laboratoire. La batterie Li-soufre développée par le projet LISSEN permet de conduire sur de longues distances avec une charge unique, ce qui devrait rendre les véhicules électriques plus pratiques et compétitifs. Elle pourrait être utile à la fois pour les véhicules tout électriques et les véhicules hybrides à branchement. Lorsqu'elle sera prête pour une exploitation commerciale, son coût sera inférieur à celui des batteries Li-ion traditionnelles, étant donné que la coûteuse cathode à base de cobalt a été remplacée par un matériau peu coûteux, le soufre.

Mots‑clés

Batteries, silicium, LISSEN, lithium soufre, véhicules électriques

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