{"id":431824,"date":"2023-09-11T18:55:40","date_gmt":"2023-09-11T16:55:40","guid":{"rendered":"https:\/\/www.eenewseurope.com\/?p=431824"},"modified":"2023-09-15T08:45:44","modified_gmt":"2023-09-15T06:45:44","slug":"vers-une-batterie-lithium-soufre-haute-energie-faible-cout-et-longue-duree-de-vie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ecinews.fr\/fr\/vers-une-batterie-lithium-soufre-haute-energie-faible-cout-et-longue-duree-de-vie\/","title":{"rendered":"Vers une batterie Lithium-Soufre haute \u00e9nergie, faible co\u00fbt et longue dur\u00e9e de vie"},"content":{"rendered":"

Des scientifiques de l\u2019Argonne National Laboratory<\/strong> pr\u00e8s de Chicago, travaillent sur une technologie visant \u00e0 d\u00e9velopper de meilleures batteries lithium-soufre en visualisant les r\u00e9actions \u00e0 l\u2019\u00e9chelle atomique. Un article sur cette recherche est paru dans\u00a0Nature<\/p>\n

Un long chemin.<\/strong><\/p>\n

De la d\u00e9couverte en laboratoire au d\u00e9veloppement pratique, le temps peut-\u00eatre long\u00a0 et\u00a0 chemin sem\u00e9 d\u2019emb\u00fbches. La batterie lithium-soufre en est un exemple parfait. Si elle pr\u00e9sente des avantages notables par rapport aux batteries lithium-ion actuelles alimentant les v\u00e9hicules, elle n\u2019a pas encore \u00e9branl\u00e9 le march\u00e9 malgr\u00e9 un d\u00e9veloppement intense depuis de nombreuses ann\u00e9es.<\/p>\n

Cette situation pourrait changer \u00e0 l’avenir gr\u00e2ce aux efforts des scientifiques du Laboratoire national d’Argonne du D\u00e9partement am\u00e9ricain de l’\u00e9nergie ( DOE ). Au cours de la derni\u00e8re d\u00e9cennie, ils ont r\u00e9alis\u00e9 plusieurs d\u00e9couvertes cruciales li\u00e9es aux batteries lithium-soufre. Leur derni\u00e8re r\u00e9v\u00e9lation, publi\u00e9e dans Nature, r\u00e9v\u00e8le un m\u00e9canisme de r\u00e9action jusqu’alors inconnu qui r\u00e9pond \u00e0 une lacune majeure : la courte dur\u00e9e de vie de ces batteries.<\/p>\n

Gui-Liang Xu<\/strong>, chimiste \u00e0 la division Sciences et Ing\u00e9nierie Chimiques d’Argonne, a d\u00e9clar\u00e9 que\u00a0\u00bb Les efforts de notre \u00e9quipe pourraient rapprocher les \u00c9tats-Unis d’un monde des transports plus \u00e9cologique et plus durable. \u00ab\u00a0<\/p>\n

Des avantages majeurs<\/strong><\/p>\n

Les batteries lithium-soufre offrent trois avantages significatifs par rapport aux batteries lithium-ion actuelles. Premi\u00e8rement, elle stockent deux \u00e0 trois fois plus d\u2019\u00e9nergie dans un volume donn\u00e9, ce qui permet d\u2019allonger l\u2019autonomie des v\u00e9hicules. Deuxi\u00e8mement, leur moindre co\u00fbt est facilit\u00e9 par l\u2019abondance et le prix abordable du soufre, qui les rend \u00e9conomiquement viables. Enfin, ces batteries ne d\u00e9pendent pas de ressources critiques comme le cobalt et le nickel, qui pourraient \u00e0 l’avenir \u00eatre confront\u00e9es \u00e0 des p\u00e9nuries.<\/p>\n

Malgr\u00e9 ces avantages, la transition du succ\u00e8s en laboratoire \u00e0 la viabilit\u00e9 industrielle se r\u00e9v\u00e8le difficile \u00e0 r\u00e9aliser. Les cellules de laboratoire ont montr\u00e9 des r\u00e9sultats prometteurs, mais lorsqu\u2019elles sont mises \u00e0 l\u2019\u00e9chelle industrielle, leurs performances diminuent rapidement avec des charges et d\u00e9charges r\u00e9p\u00e9t\u00e9es.<\/p>\n

\"\"

batteries lithium-soufre avec (\u00e0 gauche) et sans (\u00e0 droite) catalyseur dans la cathode de soufre. (Image du Laboratoire national d’Argonne.)<\/p><\/div>\n

La cause sous-jacente de cette baisse de performance r\u00e9side dans la dissolution du soufre de la cathode lors de la d\u00e9charge, conduisant \u00e0 la formation de polysulfures de lithium solubles (Li\u00a02<\/sub>\u00a0S\u00a06<\/sub> ). Ces compos\u00e9s s\u2019\u00e9coulent dans l\u2019\u00e9lectrode n\u00e9gative (anode) au lithium m\u00e9tallique pendant la charge, aggravant encore le probl\u00e8me. Par cons\u00e9quent, la perte de soufre de la cathode et les modifications de la composition de l’anode nuisent consid\u00e9rablement aux performances de la batterie pendant le cycle<\/p>\n

Les scientifiques d’Argonne ont r\u00e9cemment d\u00e9velopp\u00e9 un mat\u00e9riau catalytique qui, ajout\u00e9 en petite quantit\u00e9 \u00e0 la cathode de soufre, \u00e9liminait essentiellement le probl\u00e8me de perte de soufre. Bien que ce catalyseur se soit montr\u00e9 prometteur dans les cellules de laboratoire et de taille industrielle, son m\u00e9canisme de fonctionnement \u00e0 l\u2019\u00e9chelle atomique est rest\u00e9 jusqu\u2019\u00e0 pr\u00e9sent une \u00e9nigme.\u00a0Les recherches les plus r\u00e9centes de l\u2019\u00e9quipe ont mis en lumi\u00e8re ce m\u00e9canisme.\u00a0En l’absence de catalyseur, des polysulfures de lithium se forment \u00e0 la surface de la cathode et subissent une s\u00e9rie de r\u00e9actions, convertissant finalement la cathode en sulfure de lithium (Li\u00a02<\/sub>\u00a0S).<\/p>\n

Gui-Liang Xu <\/strong>a d\u00e9clar\u00e9\u00a0\u00bb\u00a0 la pr\u00e9sence d’une petite quantit\u00e9 de catalyseur dans la cathode fait toute la diff\u00e9rence. Il s’ensuit une voie de r\u00e9action tr\u00e8s diff\u00e9rente, d\u00e9pourvue de phases de r\u00e9action interm\u00e9diaires.\u00a0<\/p>\n

La cl\u00e9 est la formation de bulles denses \u00e0 l\u2019\u00e9chelle nanom\u00e9trique de polysulfures de lithium \u00e0 la surface de la cathode, qui n\u2019apparaissent pas sans le catalyseur. Ces polysulfures de lithium se propagent rapidement dans toute la structure cathodique pendant la d\u00e9charge et se transforment en sulfure de lithium constitu\u00e9 de cristallites \u00e0 l’\u00e9chelle nanom\u00e9trique. Ce processus \u00e9vite la perte de soufre et la baisse de performance dans les cellules de taille industrielle.<\/p>\n

Pour percer le myst\u00e8re du m\u00e9canisme de r\u00e9action, les scientifiques ont eu recours \u00e0 des techniques de caract\u00e9risation de pointe. L’analyse de la structure du catalyseur \u00e0 l’aide des faisceaux intenses de rayons X synchrotron de la ligne de faisceau 20-BM de l’Advanced Photon Source, une installation de l’Office of Science du DOE, a r\u00e9v\u00e9l\u00e9 qu’elle joue un r\u00f4le essentiel dans la phase de r\u00e9action. La structure du catalyseur influe sur la forme et la composition du produit final lors de la d\u00e9charge, ainsi que sur les produits interm\u00e9diaires. Avec le catalyseur, du sulfure de lithium nanocristallin se forme lors de la d\u00e9charge compl\u00e8te. Sans catalyseur, des structures microscopiques en forme de b\u00e2tonnets se forment \u00e0 la place.<\/p>\n

Une autre technique vitale, d\u00e9velopp\u00e9e \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Xiamen en Chine, a permis \u00e0 l\u2019\u00e9quipe de visualiser l\u2019interface \u00e9lectrode-\u00e9lectrolyte \u00e0 l\u2019\u00e9chelle nanom\u00e9trique pendant qu\u2019une cellule de test fonctionnait. Cette technique nouvellement invent\u00e9e a permis de relier les changements \u00e0 l\u2019\u00e9chelle nanom\u00e9trique au comportement d\u2019une cellule en fonctionnement.<\/p>\n

\u00ab Sur la base de cette prometteuse\u00a0 d\u00e9couverte, nous effectuerons davantage de recherches pour concevoir des cathodes au soufre encore encore plus performantes \u00bb, a not\u00e9 Gui-Liang Xu <\/strong>.\u00a0\u00a0\u00a0\u00bb Il serait \u00e9galement int\u00e9ressant d’explorer si ce m\u00e9canisme s’applique \u00e0 d’autres batteries de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration, comme celles au sodium-soufre. \u00ab\u00a0<\/p>\n

Gr\u00e2ce \u00e0 cette derni\u00e8re avanc\u00e9e de l’\u00e9quipe, l’avenir des batteries lithium-soufre semble plus prometteur, offrant une solution plus durable et plus respectueuse de l’environnement pour l’industrie des transports.<\/p>\n

Argonne National Laboratory<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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