En ajoutant simplement du sucre, des chercheurs du Monash Energy Institute ont créé un rival plus durable et plus léger aux batteries lithium-ion. Des batteries qui sont notamment essentielles pour l’aviation, les véhicules électriques et les sous-marins. L’équipe du Monash rapporte qu’en utilisant un additif à base de glucose sur l’électrode positive, ils ont réussi à stabiliser la technologie des batteries lithium-soufre. Une solution longtemps présentée comme la base de la prochaine génération de batteries.
Lithium-soufre : cinq fois plus d’énergie que le lithium-ion
« En moins d’une décennie, cette technologie pourrait conduire à des véhicules, notamment des bus et des camions électriques. Des véhicules capables de se rendre de Melbourne à Sydney sans être rechargés. Elle pourrait également permettre d’innover dans le domaine des drones de livraison et de l’agriculture. Un domaine où la légèreté est primordiale », explique l’auteur principal, le professeur Mainak Majumder, du département d’ingénierie mécanique et aérospatiale et directeur associé du Monash Energy Institute.
En théorie, les batteries au lithium-soufre pourraient stocker deux à cinq fois plus d’énergie que les batteries au lithium-ion de même poids. Le problème est qu’à l’usage, les électrodes se détériorent rapidement et les batteries tombent en panne. Il y avait deux raisons à cela :
- L’électrode positive en soufre souffrait d’une expansion et d’une contraction importantes qui l’affaiblissaient et la rendaient inaccessible au lithium.
- L’électrode négative en lithium était contaminée par des composés de soufre.
L’année dernière, l’équipe du Monash a démontré qu’elle pouvait ouvrir la structure de l’électrode de soufre pour permettre son expansion et la rendre plus accessible au lithium. Maintenant, en incorporant du sucre dans l’architecture en forme de toile de l’électrode, ils ont stabilisé le soufre. Ceci l’empêche de se déplacer et de recouvrir l’électrode de lithium.
Des batteries qui durent jusqu’à 1000 cycles
Les prototypes de cellules d’essai construits par l’équipe ont une durée de vie d’au moins 1000 cycles de charge-décharge. Des cycles où ils peuvent conserver une capacité bien supérieure à celle des batteries lithium-ion équivalentes.
« Chaque charge dure donc plus longtemps. Ce qui prolonge effectivement la durée de vie de la batterie », explique le premier auteur et étudiant en doctorat, Yingyi Huang. Et la fabrication des batteries ne nécessite pas de matériaux exotiques, toxiques et coûteux.
Yingyi et ses collègues se sont inspirés d’un rapport de géochimie de 1988. Le rapport décrit comment les substances à base de sucre résistent aux dégradations dans les sédiments géologiques. Elles forment pour ce faire des liens solides avec les sulfures.
Selon Mahdokht Shaibani, deuxième auteur et chercheur au Monash, l’équipe a résolu de nombreux problèmes du côté de la cathode de la batterie. Toutefois, il faut encore innover dans la protection de l’anode en lithium métallique pour permettre l’adoption à grande échelle de cette technologie prometteuse. Des innovations qui ne sont peut-être pas loin, a-t-il indiqué.
Le procédé a été mis au point par l’équipe du Monash avec une contribution importante du groupe de recherche du Dr Matthew Hill au CSIRO Manufacturing.
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