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L'éponge de graphène aide à stabiliser les batteries au lithium-soufre

L'éponge de graphène aide à stabiliser les batteries au lithium-soufre

Les batteries au lithium-soufre sont un type de batteries rechargeables qui se distinguent par leur énergie spécifique élevée, capables d'offrir une densité d'énergie théorique plus de cinq fois supérieure à celle des batteries lithium-ion.

Afin de construire notre avenir électrique, nous aurons besoin de toutes sortes de batteries nouvelles et puissantes et celles au lithium-soufre sont de bons candidats, mais elles ne sont pas encore commercialisables.

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C'est parce qu'ils ont deux problèmes principaux. Le premier est que le soufre se dissout dans l'électrolyte. La seconde est que les molécules de soufre migrent de la cathode vers l'anode.

Un 'catholyte'

Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de technologie de Chalmers, en Suède, ont révélé une percée prometteuse pour les batteries au lithium-soufre. La découverte consiste à combiner la cathode et l'électrolyte en un seul liquide, ce qu'ils appellent un «catholyte».

Une batterie traditionnelle se compose de quatre parties: deux électrodes de support, une anode et une cathode, et entre elles un électrolyte ainsi qu'un séparateur, qui agit comme une barrière physique, empêchant le contact entre les deux électrodes mais permettant toujours le transfert d'ions .

La combinaison de la cathode et de l'électrolyte peut non seulement aider à économiser du poids dans la batterie, mais elle a également le potentiel d'offrir une meilleure charge et une puissance améliorée.

L'équipe a inventé un aérogel poreux, semblable à une éponge, fait d'oxyde de graphène réduit. L'aérogel de graphène agit comme une électrode autonome dans la cellule de batterie et permet une meilleure utilisation du soufre.

«Vous prenez l'aérogel, qui est un long cylindre mince, puis vous le coupez - presque comme un salami. Vous prenez cette tranche et la compressez pour qu'elle rentre dans la batterie», explique Carmen Cavallo du département de physique de Chalmers , et chercheur principal de l'étude.

"La structure poreuse de l'aérogel de graphène est essentielle. Il absorbe une grande quantité de catholyte, vous donnant une charge de soufre suffisamment élevée pour rendre le concept de catholyte intéressant. Ce type de catholyte semi-liquide est vraiment essentiel ici. Il permet le soufre pour faire des allers-retours sans aucune perte. Il n'est pas perdu par dissolution - parce qu'il est déjà dissous dans la solution de catholyte », ajoute Cavallo.

Mais ce n'est pas le seul but de la solution de catholyte. Il est également appliqué sur le séparateur afin qu'il remplisse son rôle d'électrolyte et maximise encore la teneur en soufre de la batterie.

Densité d'énergie plus élevée

Les batteries au lithium-soufre sont très recherchées en raison de leur densité d'énergie plus élevée. Les meilleures batteries lithium-ion fonctionnent à environ 300 wattheures par kg tandis que les batteries au lithium-soufre peuvent offrir une densité d'énergie d'environ 1000-1500 wattheures par kg.

«De plus, le soufre est bon marché, très abondant et beaucoup plus respectueux de l'environnement. Les batteries au lithium-soufre présentent également l'avantage de ne pas avoir besoin de contenir de fluor nocif pour l'environnement, comme on le trouve généralement dans les batteries lithium-ion», déclare Aleksandar Matic, professeur au département de physique de Chalmers, qui dirige le groupe de recherche derrière l'article.

Cependant, jusqu'à présent, les batteries au lithium-soufre ont été instables et ont donc eu une durée de vie de cycle faible. Le nouveau prototype a cependant démontré un 85% rétention de capacité après 350 cycles en évitant tous les problèmes associés aux batteries lithium-soufre.

L'étude est publiée dans le Journal des sources d'énergie.


Voir la vidéo: Graphene battery vs lithium-ion battery (Août 2021).