Des recherches et des expériences sont en cours pour trouver de nouvelles batteries plus performantes, durables, sûres et stables. Lors de l'une de ces tentatives, des chercheurs ont découvert une batterie au lithium-sulfure stable et sûre, pliable et même sécable en deux.
Une équipe de recherche de l' Université des sciences et technologies électroniques de Chine a créé avec succès des batteries au lithium à base de sulfure de métal de transition. Les chercheurs ont revêtu les cathodes de sulfure de fer de polymères, ce qui a permis d'obtenir des cycles stables et une sécurité élevée. Après 300 cycles, la cellule lithium-carbure de fer-disulfure (Li-S) conservait environ 72.0 % de sa capacité initiale . De plus, après 100 cycles, aucune dégradation de capacité n'a été observée pour cette batterie lithium-soufre (Li-S).
Étonnamment, les scientifiques ont réussi à plier et à découper l'une des cellules de la batterie. Selon les chercheurs, cela prouve que cette cellule est hautement sûre pour des applications pratiques.
Avantages : Les sulfures de métaux de transition de type conversion (MSc) présentent l’avantage d’être facilement disponibles, d’avoir une densité énergétique élevée et un faible coût. Ces qualités en font des cathodes prometteuses pour les batteries lithium-ion (LIB).
Défis : Le MSx présente des problèmes de stabilité à haute température en raison de la fermeture des sites polysulfurés. Il souffre également d’une expansion volumique importante et d’une cinétique de réaction lente.
Solutions : Le groupe avait précédemment proposé l'utilisation d'un électrolyte à base de carbonate pour séparer deux électrodes : une cathode en sulfure de fer et une anode contenant du lithium métallique.
Cependant, cette solution a entraîné un autre problème.
Problème : Les chercheurs ont souligné que l’incompatibilité des polysulfures (MSx) avec les électrolytes à base de carbonate constitue un obstacle majeur pour ce type de batterie. Les polysulfures réagissent avec les solvants carbonatés, formant des précipités à la surface de l’électrode. Ceci crée une barrière au transfert de charge, entraînant le blocage de l’électrode et la défaillance de la batterie.
Solution : Les cathodes en sulfure de fer ont été revêtues de différents polymères. Ce revêtement a permis de réduire la corrosion sans altérer leur fonctionnalité ni leur capacité de recharge. L’acide polyacrylique (PAA), l’oxyde de polyéthylène (PEO) et le polyacrylamide (PAM) ont été spécifiquement utilisés car ils contiennent tous des groupes fonctionnels à effet chélatant.
Dans une autre étude, une méthode de production de batteries écologiques à partir d'une synthèse entièrement sèche et d'oxyde de sel gemme a été découverte.
Le rapport mentionne : « L’effet de chélation repose sur la coordination des paires d’électrons libres de l’oxygène ou de l’azote et des orbitales vides des métaux de transition multivalents. »
Les tests de performance électrochimique montrent que le PAA a obtenu les meilleurs résultats en conservant la capacité de décharge de l'électrode après 300 cycles de charge-décharge.
Ils ont ensuite intégré une cathode en sulfure de fer (FeS2) revêtue de PAA au prototype de batterie lithium-sulfure, stable et sûre. Ce prototype intègre également une feuille de lithium métallique comme source d'ions et une anode en carbure de lithium (LiC6). De plus, le test a montré qu'aucune dégradation de capacité n'était observée après 100 cycles, même après pliage ou découpe de la cellule.
Les chercheurs ont également déclaré : « Les cellules complètes LiC6||MoS6 ont démontré une excellente stabilité de cyclage pendant 300 cycles avec la même capacité élevée que la demi-cellule (Li||MoS6), et la même situation s'est également produite dans LiC6||VS4 », ont-ils déclaré.
