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Faciliter la commercialisation des batteries lithium-soufre

En s’attaquant aux problèmes de sécurité et de stabilité, les chercheurs du projet HELIS, financé par l’UE, ont permis de placer les batteries lithium-soufre aux portes du marché.

Énergie

Grâce à leur énergie spécifique élevée et à leur excellent rapport coût-efficacité, les batteries lithium-soufre (LSB) sont en bonne position pour succéder aux batteries lithium-ion. Il a été effectivement démontré que l’énergie spécifique des LSB était comprise entre 500 et 600 Wh/kg, ce qui est nettement supérieur aux valeurs atteintes par les batteries lithium-ion, comprises entre 150 et 250 Wh/kg. Un certain nombre de difficultés ont toutefois pris le dessus sur ces avantages, ce qui a tenu les LSB à l’écart du marché. Beaucoup de ces obstacles à la commercialisation ont été abordés au cours du projet EUROLIS, financé par l’UE, qui a mis au point des solutions pratiques à certains des problèmes chimiques inhérents aux LSB. Par exemple, le projet a résolu le problème de la faible conductivité électrique de la cathode et celui de la perte irréversible de matériaux actifs lors de la dissolution du lithium-soufre dans l’électrolyte. Le projet HELIS (High energy lithium sulphur cells and batteries) a pris le relais d’EUROLIS. «En élargissant les approches développées durant le projet EUROLIS, nous avons cherché à améliorer la stabilité de l’anode au lithium pendant le cycle et à nous attaquer à des problèmes tels que le recyclage et la sécurité», indique Robert Dominko, coordinateur des projets EUROLIS et HELIS. «Ce faisant, nous avons franchi une nouvelle étape vers la mise au point d’un accumulateur LSB complet et prêt à être commercialisé.»

La chaîne de valeur des LSB

Le projet s’est distingué en mettant en place une chaîne de valeur complète pour produire des LSB. Chacun des 14 partenaires du projet a été chargé de gérer une tâche spécifique le long de cette chaîne de valeur, en commençant par le développement de matériaux pour trois séries différentes de prototypes d’accumulateurs. Pour finir, un prototype d’accumulateur de taille D (R20) a été utilisé pour tester l’ensemble des composants développés durant le projet. Développer des séparateurs et des électrolytes répondant aux caractéristiques requises pour les LSB constituait une tâche centrale de ce projet. Par exemple, en modifiant la surface ou le séparateur de lithium métal, les chercheurs ont été en mesure de proposer et d’évaluer plusieurs composants utilisant du lithium métal comme protection contre une dégradation continue. «Les meilleurs composants ont été utilisés pour les prototypes d’accumulateurs, qui ont été assemblés dans les installations de nos partenaires industriels», explique Robert Dominko. «Au total, trois générations différentes d’accumulateurs LSB ont été produites et testées conformément aux spécifications de l’industrie automobile.» Les chercheurs du projet ont également effectué des tests de vieillissement et de sécurité, indispensables pour valider leur approche. Toutes les recherches ont été étayées par des calculs théoriques et une analyse du cycle de vie, et les accumulateurs des deux projets ont été utilisés pour mettre au point un procédé de recyclage des LSB. «Tous ces travaux ont abouti à la création d’un environnement chimique adéquat, permettant une excellente réversibilité et une grande durabilité en termes de cycles de recharge avec une densité énergétique qui reste modérée», ajoute Robert Dominko.

Un comportement sûr et une grande durabilité en termes de cycles de recharge

Grâce à ses consortiums puissants axés sur les résultats et à l’utilisation d’une chaîne de valeur bien définie, le projet HELIS a réussi à mettre au point des accumulateurs LSB qui affichent un comportement sûr et une grande durabilité en termes de cycles de recharge, avec une densité énergétique modérée. Cela dit, la question de la protection du lithium métallique reste à traiter: elle sera au centre de la phase suivante du projet. «Au cours du projet HELIS, nos partenaires ont acquis un savoir-faire significatif. Ils ont même déposé plusieurs brevets, ce qui les met en position favorable pour utiliser cette technologie à des fins commerciales», ajoute Robert Dominko.

Mots‑clés

HELIS, EUROLIS, batteries lithium-soufre, LSB, batteries lithium-ion, lithium, industrie automobile

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