Quand peut-on s'attendre à parcourir toute l'Allemagne en voiture électrique sans avoir à recharger la batterie ? Chimistes au NIM Cluster au LMU et à l'Université de Waterloo en Ontario, Canada, ont maintenant synthétisé un nouveau matériau qui pourrait ouvrir la voie aux batteries lithium-soufre de pointe.
Que l'avenir du trafic automobile appartienne ou non à la voiture électrique au doux ronronnement dépend en grande partie du développement de ses batteries. L'industrie place actuellement la plupart de ses espoirs dans les batteries lithium-soufre, qui ont une très grande capacité de stockage. De plus, grâce à l'inclusion d'atomes de soufre, ils sont moins chers à fabriquer et moins toxiques que les blocs d'alimentation lithium-ion conventionnels.
Cependant, la batterie lithium-soufre présente encore plusieurs défis majeurs qui doivent être résolus jusqu'à ce qu'elle puisse être intégrée dans les voitures. Par exemple, le taux et le nombre de cycles de charge-décharge possibles doivent être augmentés avant que la batterie lithium-soufre puisse devenir une alternative réaliste aux batteries lithium-ion.
Beaucoup de pores pour le soufre
Les chimistes Professeur Thomas Bein (LMU), Coordinateur de la division Conversion d'énergie de la Nanosystems Initiative Munich, Professeur Linda Nazar (Université de Waterloo, Waterloo Institute of Nanotechology) et leurs collègues ont maintenant réussi à produire un nouveau type de nanofibre, dont la structure très ordonnée et poreuse lui confère un rapport surface/volume extraordinairement élevé. Ainsi, un échantillon du nouveau matériau de la taille d'un morceau de sucre présente une surface équivalente à celle de plus de sept courts de tennis.
« Le rapport surface/volume élevé, et un volume de pores élevé est important car il permet au soufre de se lier à l'électrode de manière finement divisée, avec une charge relativement élevée. Avec son accessibilité facile, ceci améliore l'efficacité des processus électrochimiques qui se produisent au cours des cycles de charge-décharge. Et les taux des réactions clés à l'interface électrode de soufre-électrolyte, qui impliquent à la fois des électrons et des ions, dépendent fortement de la surface totale disponible, " comme Benjamin Mandlmeier, un post-doctorant à l'Institut Bein et un premier co-auteur de la nouvelle étude, explique.
La recette secrète
Une nouvelle recette et un mode de synthèse intelligemment conçu sont les facteurs clés qui déterminent les propriétés des nouveaux matériaux. Pour synthétiser les fibres de carbone, les chimistes préparent d'abord un poreux, gabarit tubulaire en silice, à partir de disponible dans le commerce, mais fibres non poreuses. Ce gabarit est ensuite rempli d'un mélange spécial de carbone, dioxyde de silicium et tensioactifs, qui est ensuite chauffé à 900°C. Enfin, le gabarit et le SiO2 sont éliminés par un processus de gravure. Au cours de la procédure, les nanotubes de carbone - et donc la taille des pores - rétrécissent moins qu'ils ne le feraient en l'absence du gabarit de confinement, et les fibres elles-mêmes sont en conséquence plus stables.
"Les matériaux nanostructurés ont un grand potentiel pour la conversion et le stockage efficaces de l'énergie électrique, " déclare Thomas Bein. " Au sein du cluster NIM, nous continuerons à collaborer étroitement avec nos collègues du réseau bavarois SolTech afin d'explorer et d'exploiter les propriétés de telles structures et leurs applications pratiques. "
