L'une des piles bouton lithium-soufre en cours de développement dans le laboratoire de nanostructure énergétique de Penn State (E-Nano). Crédit :Patrick Mansell, État de Pennsylvanie
Nous avons parcouru un long chemin depuis les fuites des batteries automobiles à l'acide sulfurique, mais les batteries au lithium modernes ont encore des inconvénients. Maintenant, une équipe d'ingénieurs de Penn State dispose d'un autre type de batterie au lithium-soufre qui pourrait être plus efficace, moins cher et plus sûr.
"Nous avons démontré cette méthode dans une pile bouton, " a déclaré Donghai Wang, professeur agrégé de génie mécanique. "Mais, Je pense qu'il pourrait éventuellement devenir assez grand pour les téléphones portables, drones et encore plus gros pour les véhicules électriques."
Les batteries lithium-soufre devraient être un candidat prometteur pour la prochaine génération de batteries rechargeables, mais ils ne sont pas sans problèmes. Pour le lithium, l'efficacité des transferts de charges est faible, et, les batteries au lithium ont tendance à faire croître des dendrites - de fins cristaux de ramification - lors de la charge qui ne disparaissent pas lorsqu'elles sont déchargées.
Les chercheurs ont examiné un autoformé, couche d'interphase hybride solide-électrolyte flexible qui est déposée à la fois par des organosulfures et des organopolysulfures avec des sels de lithium inorganiques. Les chercheurs rapportent dans le numéro d'aujourd'hui (11 octobre) de Communication Nature que les composés organiques du soufre agissent comme plastifiants dans la couche d'interphase et améliorent la flexibilité mécanique et la ténacité de la couche. La couche d'interphase permet au lithium de se déposer sans croissance de dendrites. L'efficacité coulombienne est d'environ 99 pour cent sur 400 cycles de recharge et de décharge.
Piles bouton lithium-soufre stockées sur un chargeur rapide. Crédit :Patrick Mansell, État de Pennsylvanie
"Nous avons besoin d'une sorte de barrière sur le lithium dans une batterie au lithium métal, ou il réagit avec tout, " dit Wang.
Le soufre est un bon choix car il est peu coûteux et fournit à la batterie une capacité de charge élevée, densité d'énergie plus élevée, de sorte qu'une batterie au lithium-soufre a plus d'énergie. Cependant, une batterie lithium-soufre forme un revêtement inorganique dans la batterie qui est cassant et ne tolère pas les changements de volume. L'interface de soufre inorganique ne peut pas supporter une énergie élevée. Dans une batterie lithium-soufre, l'électrolyte se dessèche et le lithium massif se corrode. Les dendrites de lithium qui se forment peuvent créer des courts-circuits et d'autres risques pour la sécurité.
« Nous pouvons potentiellement doubler la densité énergétique des batteries CC conventionnelles en utilisant des batteries au lithium-soufre avec cette interface hybride organosulfure/organopolysulfure, " dit Wang.
Donghai Wang, la gauche, regarde le post-doctorant Guoxing Li assembler une batterie lithium-soufre. Le Dr Wang supervise le laboratoire de nanostructure énergétique du laboratoire de recherche sur les matériaux de Penn State. Ses travaux portent sur le développement de nanomatériaux pour les technologies énergétiques propres, comme les piles, cellules solaires, réservoirs de carburant, et l'assainissement de l'environnement. Crédit :Patrick Mansell, État de Pennsylvanie
Ils peuvent également créer un environnement plus sûr, batterie plus fiable.
Pour créer leur batterie, les chercheurs ont utilisé un électrolyte à base d'éther avec des additifs polymères contenant du soufre. La batterie utilise une cathode de carbone infusée de soufre et une anode de lithium. Le soufre organique dans l'électrolyte forme automatiquement les couches d'interphase.
Les chercheurs rapportent qu'ils "démontrent une batterie lithium-soufre présentant une longue durée de vie - 1000 cycles - et une bonne rétention de capacité.
