Des batteries promises à un bel avenir ?
Publié par Adrien le 09/10/2018 à 08:00
Source: CEA

© G_McKenna, Flickr, CC by-nc 2.0
Une équipe de l'Iramis a testé un nouveau matériau d'électrode à base de nanotubes de carbone fonctionnalisés pour les batteries lithium-soufre: une capacité encourageante et une excellente stabilité  !

Contrairement aux batteries Li-ion où le lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.) reste sous forme ionique (Li+), les batteries Li-S possèdent une électrode négative en lithium métallique. Au cours de la décharge, le lithium se dissout à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec...) de l'électrode positive après rupture de liaisons chimiques S-S.

Les batteries lithium-soufre pourraient offrir à terme des performances supérieures aux batteries lithium-ion (Les accumulateurs à base de lithium utilisent des technologie en cours de mise au point, présentant un très important potentiel électrochimique. On...) largement utilisées aujourd'hui. En particulier, leur densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à 4 °C pour les...) d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) est potentiellement dix fois plus élevée que celle des batteries Li-ion, avec l'avantage d'une moindre toxicité (La toxicité (du grec τοξικότητα toxikótêta) est la mesure de la capacité d’une substance à provoquer des effets néfastes et mauvais pour la...) des matières premières et d'un coût inférieur. Les batteries Li-S souffrent cependant de plusieurs limitations. Le soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.) étant un très mauvais conducteur, il faut ajouter un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base...) conducteur électronique. Par ailleurs, l'électrode positive se corrode au cours de la décharge, suite à la formation de polysulfures de lithium solubles dans l'électrolyte.

Pour pallier ces inconvénients, des chercheurs de l'Iramis proposent un nouveau matériau d'électrode positive : des nanotubes de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) multi-parois, très bons conducteurs, sur lesquels sont greffées des molécules contenant des " ponts disulfures ". Ce matériau a été testé avec succès sur des piles boutons. La capacité obtenue (100 mAh.g-1) est très supérieure à celle de nanotubes de carbone seuls (5 mAh.g-1) mais encore inférieure à celle des meilleures batteries Li-ion et Li-S classique (400 mAh.g-1). En revanche, la stabilité se révèle excellente en comparaison de celle des accumulateurs Li-S conventionnels: 98 % de la capacité initiale est conservée après cinquante cycles.

Références

Sulfur containing molecules grafted on carbon nanotubes ad highly cyclable cathodes for lithium/organic batteries, ChemElectroChem
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