Alors que notre société et nos systèmes de transport deviennent de plus en plus électrifiés, les scientifiques du monde entier recherchent des systèmes de stockage plus efficaces et de plus grande capacité. Les chercheurs de la KAUST ont apporté une contribution importante en modifiant les batteries lithium-soufre (Li-S) pour supprimer un problème connu sous le nom de navette polysulfure.

« Le goulot d'étranglement dans l'utilisation des énergies renouvelables, surtout dans les transports, est le besoin de batteries haute densité, " dit Eman Alhajji, doctorat étudiant et premier auteur du mémoire de recherche.

Les batteries Li-S présentent plusieurs avantages potentiels par rapport aux types de batteries les plus couramment utilisés. Ils ont une capacité de stockage d'énergie théorique plus élevée et le soufre est un élément non toxique facilement disponible dans la nature. Le soufre est également un déchet de l'industrie pétrochimique, il pourrait donc être obtenu à un prix relativement bas tout en augmentant la durabilité d'une autre industrie.

La navette polysulfure implique le mouvement d'intermédiaires contenant du soufre entre la cathode et l'anode pendant les processus chimiques de la batterie. Cela dégrade sérieusement la capacité et la capacité de recharge des technologies de batterie Li-S qui ont été explorées à ce jour.

La solution de l'équipe KAUST est basée sur une couche de graphène. Ils le font en soumettant un polymère polyimide à l'énergie laser dans un processus appelé traçage laser, créer un matériau poreux convenablement structuré. Une caractéristique clé est que le matériau est hiérarchiquement poreux en trois dimensions, ce qui signifie qu'il a un éventail de pores de différentes tailles. Des particules de carbone de taille nanométrique sont ensuite ajoutées et absorbées par les pores pour former le produit final.

Alhajji et ses collègues ont découvert que le fait de placer une fine couche de ce matériau entre la cathode et l'anode d'une batterie Li-S supprime considérablement la navette polysulfure.

"Réaliser cet intercalaire autoportant de quelques micromètres d'épaisseur était un défi, " dit Alhajji, ajouter, "C'était amusant de le rouler comme de la pâte à modeler, mais ensuite j'ai dû le gérer d'une manière très douce, surtout pendant l'assemblage de la batterie."

Jusqu'à maintenant, la plupart des options proposées pour résoudre le problème de la navette des polysulfures ont souffert de limitations qui les rendent impropres à une application commerciale à grande échelle. En revanche, le graphène gravé au laser développé au KAUST est produit par une méthode que les chercheurs décrivent comme « évolutive et simple ».

Alhajji a remporté le prix 2021 de la meilleure affiche de la Materials Research Society pour son idée de supprimer la navette. "C'est une compétition vraiment difficile, " dit le superviseur d'Alhajji, Husam Alshareef, ajouter, "Seule une poignée d'étudiants du programme Materials Science &Engineering de la KAUST ont remporté ce prix."