Une équipe de recherche conjointe dirigée par le professeur Zhang Huigang de l'Institut de génie des procédés (IPE) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) et le Dr Lu Jun du laboratoire national d'Argonne, aux États-Unis, a découvert une relation "en forme de volcan" entre adsorption de polysulfure et activité catalytique dans les batteries lithium-soufre (Li-S).

L'étude a été publiée dans Nature Catalysis le 16 juin.

Selon le professeur Zhang, cette relation en forme de volcan peut modifier le principe de longue date selon lequel "une forte adsorption de polysulfures conduit à une bonne activité catalytique".

Le système Li-S présente un grand potentiel pour les batteries de nouvelle génération en raison de sa haute densité d'énergie. Cependant, la cinétique lente des réactions de conversion de polysulfure conduit à "l'effet de navette" et limite la capacité de vitesse et la cyclabilité, ce qui entrave les applications pratiques.

Récemment, de nombreuses études expérimentales ont rapporté que la conversion catalytique des polysulfures joue un rôle essentiel dans l'amélioration de la cinétique et la suppression de la navette des polysulfures. Malgré une amélioration significative des performances électrochimiques des batteries Li-S, les études sur les catalyseurs se sont fortement appuyées sur des essais et des erreurs et le principe directeur est resté insaisissable.

Dans cette étude, les chercheurs ont démontré que, bien qu'une forte adsorption de polysulfures puisse abaisser la barrière d'activation pour la conversion des polysulfures, elle entrave à son tour la désorption des produits. Cela est dû au principe d'entartrage puisque les polysulfures (de Li₂ S₈ à Li₂ S₂ /Li₂ S) sont séquentiellement adsorbés sur les mêmes sites pendant la charge/décharge.

Pour réguler l'énergie d'adsorption et maximiser l'efficacité catalytique, ils ont dopé le métal de transition dans la structure cristallographique du ZnS. Les dopants ont été placés dans des états stressés et leurs orbitales d ont été réglées en conséquence. En conséquence, l'énergie d'adsorption avait une relation linéaire avec le centre de la bande d des dopants, mais l'activité catalytique a montré une tendance "en forme de volcan".

Une telle découverte indique qu'une hypothèse de longue date de renforcement de l'adsorption pour améliorer la catalyse est invalide lorsque la désorption limite la vitesse. "Les catalyseurs et les absorbants d'une batterie Li-S doivent être conçus séparément pour améliorer les performances des batteries Li-S", a déclaré le professeur Zhang.

Cette étude offre une base rationnelle pour comprendre le processus catalytique des batteries Li-S aux niveaux atomique ou moléculaire et pour concevoir de nouveaux catalyseurs. + Explorer plus loin

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