Des scientifiques singapouriens du NanoBio Lab (NBL) de A*STAR ont développé une nouvelle approche pour préparer les cathodes lithium-soufre de nouvelle génération, ce qui simplifie le processus généralement long et compliqué pour les produire. Il s'agit d'une étape prometteuse vers la commercialisation des batteries lithium-soufre, et répond au besoin de l'industrie d'une approche pratique pour augmenter la production de nouveaux matériaux qui améliorent les performances des batteries.

Alors que la batterie lithium-ion est largement reconnue comme une technologie de pointe capable d'alimenter efficacement les appareils de communication modernes, il présente des inconvénients tels qu'une capacité de stockage limitée et des problèmes de sécurité en raison de son instabilité électrochimique inhérente. Cela va changer avec une nouvelle technique simplifiée développée par l'équipe de chercheurs de NBL, dans le développement de cathodes lithium-soufre à partir de matériaux peu coûteux disponibles dans le commerce. La densité énergétique théorique élevée du soufre, le faible coût et l'abondance contribuent à la popularité des systèmes de batteries lithium-soufre en tant que remplacement potentiel des batteries lithium-ion.

Théoriquement, les batteries lithium-soufre sont capables de stocker jusqu'à 10 fois plus d'énergie que les batteries lithium-ion, mais à ce jour, ils sont incapables de supporter cette charge et décharge répétées de la batterie. La cathode lithium-soufre de NBL a démontré une excellente capacité spécifique allant jusqu'à 1, 220 mAh/g, ce qui signifie que 1 gramme de ce matériau pourrait stocker une charge de 1, 220 mAh. En revanche, une cathode lithium-ion typique a une capacité énergétique spécifique de 140 mAh/g. En outre, La cathode de NBL pourrait maintenir sa capacité élevée sur 200 cycles de charge avec une perte de performance minimale. La clé de cela était l'approche unique en deux étapes de NBL pour préparer la cathode.

En construisant d'abord l'hôte de carbone avant d'ajouter la source de soufre, les chercheurs ont obtenu un nanomatériau poreux interconnecté en 3D. Cette approche empêche l'échafaudage en carbone de NBL de s'effondrer lorsque la batterie est chargée, contrairement à celles des cathodes préparées de manière conventionnelle. Ce dernier s'effondre lors du cycle initial de charge et de décharge, entraînant un changement structurel. En tant que tel, les cathodes conventionnelles deviennent très denses et compactes avec une surface inférieure et des pores plus petits, résultant en des performances de batterie inférieures à celles de l'échafaudage en carbone de NBL. En réalité, La cathode de NBL offrait une capacité spécifique supérieure de 48 % et une perte de capacité de 26 % inférieure à celle des cathodes au soufre préparées de manière conventionnelle. Lorsque plus de soufre a été ajouté au matériau, La cathode de NBL a atteint une capacité de surface pratique élevée de 4 mAh par cm ² .

« Nous avons montré que la technique de préparation des cathodes au soufre a une forte influence sur les performances électrochimiques des batteries lithium-soufre, " a déclaré le professeur Jackie Y. Ying, qui dirige l'équipe de recherche de NBL. "Notre méthode est évolutive industriellement et nous prévoyons qu'elle aurait un impact significatif sur la conception future de batteries lithium-soufre pratiques."

Les chercheurs du NBL travaillent à la conception et à l'optimisation non seulement de la cathode, mais aussi l'anode, séparateur et électrolyte grâce à l'ingénierie des nanomatériaux. L'objectif est de développer un système à cellules complètes pour batterie lithium-soufre qui a une capacité de stockage d'énergie supérieure, par rapport aux batteries lithium-ion conventionnelles. Un tel nouveau système de batterie peut durer beaucoup plus longtemps que les batteries actuelles, et serait d'un grand intérêt pour les appareils électroniques, véhicules électriques et stockage d'énergie sur le réseau.