La batterie lithium-soufre progresse

29 mars 2022

 

Des scientifiques de l’Université du Michigan, sous la direction du professeur Nicholas Kotov, ont développé une batterie lithium-soufre. Elle garantit un niveau de performance constant durant plus de 1000 cycles de charge-décharge, grâce à « une nouvelle membrane de batterie d’inspiration biologique » constituée des fibres de Kevlar recyclées. 

Cette avancée résout le principal défaut de ces batteries lithium-soufre : une dégradation rapide. En effet, ces batteries étaient déjà connues pour leur potentiel pouvant rivaliser avec les batteries lithium-ion. Mais elles présentaient des problèmes qui ne leur permettaient pas d’être commercialisées. Elles sont aujourd’hui face à une découverte technologique qui pourrait bouleverser leur évolution. 

 

Batterie lithium-soufre, une technologie complexe

Les batteries lithium-soufre font l’objet d’études depuis plusieurs années.

En 2013, des chercheurs de l’Université de Stanford ont développé une batterie lithium-soufre avec une capacité plus importante que par le passé. Elles conservaient 80% de leur capacité après 300 cycles de charge-décharge. 

Puis en 2017, la batterie lithium-soufre est passée au niveau supérieur. Un institut du CEA Tech a fabriqué un format cylindrique, ayant obtenu des performances encourageantes. 

Nous vous en parlions en 2020, une équipe de chercheurs Australiens de l’Université de Monash à Melbourne avait présenté une solution qui permettait de stabiliser la cathode des batteries lithium-soufre. Mais des progrès devaient être encore réalisés pour espérer une industrialisation.

Notre article précédent : Nouvelle batterie Lithium-Soufre

Aujourd’hui, les chercheurs de l’Université du Michigan affirment avoir développé une batterie lithium-soufre 5 fois plus performante que les batteries lithium-ion qui sont actuellement utilisées pour les voitures électriques.

“Il existe de nombreux modèles de batteries au lithium-soufre qui promettent un niveau de performance constant sur de nombreux cycles”, d’après le professeur Nicholas Kotov. 

Mais pour augmenter la durabilité, il faut faire des compromis sur la densité énergétique, sur la vitesse de recharge ou sur la sécurité. Alors l’objectif de cette équipe américaine est de développer une batterie lithium-soufre avec une plus longue durée de vie, sans effectuer de compromis et sans générer de coûts supplémentaires.

 

Les batteries lithium-soufre peuvent-elles rivaliser avec les batteries lithium-ion ?

Si cette recherche se concrétise, le monde de l’automobile électrique serait révolutionné !

Composée d’une cathode au soufre et d’une anode en lithium métallique, la batterie lithium-soufre stocke 5 fois plus d’énergie qu’une batterie lithium-ion de même masse.

Les chercheurs de l’Université du Michigan ont montré que l’utilisation des nanofibres d’aramide à base de Kevlar recyclé (similaires à celles utilisées dans les gilets pare-balles), n’altèrent pas les autres caractéristiques de la batterie. Elles conservent alors les mêmes capacités avec une durée de vie plus élevée. Cette membrane a une meilleure résistance thermique que les batteries lithium-ion.

Les batteries lithium-soufre possèdent alors des capacités supérieures et des avantages concernant le coût et la durabilité. Le cobalt est un matériau stratégique, l’un des métaux principalement présent dans les batteries lithium-ion. Il est assez onéreux étant issu du cuivre et du nickel, alors que le soufre est plus abondant sur terre que le cobalt.

En attendant l’arrivée sur le marché des batteries lithium-soufre, les batteries lithium-ion restent la meilleure technologie pour alimenter les appareils nomades et les véhicules.