Des chercheurs de l’université Monach (Australie) présentent une batterie lithium-soufre qu’ils annoncent être la plus efficace au monde. Des tests grandeur nature sont prévus cette année et un brevet a été déposé. © Jevanto Productions, Adobe Stock

Sciences

Cette batterie peut alimenter votre smartphone pendant 5 jours !

ActualitéClassé sous :chimie , voiture , Tech

Des années déjà que l'on présentait les batteries lithium-soufre comme une révolution. Pourtant, un défaut majeur empêchait jusqu'alors l'explosion du marché. Mais la découverte de chercheurs australiens pourrait aujourd'hui changer la donne. Ils ont déposé un brevet pour un système susceptible de faire fonctionner un smartphone pendant pas moins de cinq jours !

Cela vous intéressera aussi

[EN VIDÉO] Ce drone vole sans batterie grâce à l’induction électromagnétique  Un chercheur de l’Imperial College London a conçu un drone dépourvu de batterie qui peut voler indéfiniment grâce à un système de transmission sans fil d’énergie. Les moteurs de ce quadricoptère sont en fait alimentés grâce à l’induction électromagnétique. 

Cinq jours sans avoir besoin de recharger la batterie de son smartphone. Ou plus de mille kilomètres sans recharger celle de sa voiture électrique. Un rêve qui pourrait devenir réalité très bientôt à en croire l'annonce de chercheurs de l'université Monach (Australie). Ils seraient prêts à commercialiser, dans les tout prochains mois, une batterie lithium-soufre haute capacité qui offre de bien meilleures performances que les batteries lithium-ion actuelles.

L'idée d'une batterie lithium-soufre n'est pas nouvelle. Mais elle présentait un inconvénient majeur : sa courte durée de vie. En effet, la capacité de l'électrode au soufre était tellement importante que celle-ci se brisait -- à la suite de dilatations et de contractions trop importantes, huit fois plus intenses que les classiques batteries lithium-ion -- au cours des cycles de charge et de décharge.

Les chercheurs de l’université Monach (Australie) tenant entre leurs mains un prototype de leur batterie lithium-soufre. © Université Monach

Des ponts polymères pour plus de stabilité

Les chercheurs de l'université Monach (Australie) semblent avoir trouvé une parade. Ils ont redessiné les liaisons entre les particules qui constituent la cathode de soufre. Avec pour objectif de les aider à mieux gérer des charges élevées sans perdre en capacité, en performances ou en stabilité. Et pour cela, ils se sont appuyés sur... une technique employée dans la fabrication de détergents en poudre. Une technique qui compte sur des ponts polymères pour améliorer la résistance à la fissuration des électrodes.

Résultat : une batterie quatre à cinq fois plus efficace que ses concurrentes sur le marché tout en étant simple à fabriquer et peu coûteuse. Des tests en laboratoire ont déjà été concluants. Et d'autres sont prévus grandeur nature -- sur des voitures électriques et des réseaux photovoltaïques -- dès cette année.

Pour en savoir plus

Des batteries lithium-soufre, une solution pour la voiture électrique ?

L'un des principaux freins au développement du marché des voitures électriques est leur manque d'autonomie. Des chimistes canadiens viennent de faire une découverte qui pourrait mener à la conception de batteries moins chères et plus légères, mais surtout plus puissantes et plus efficaces.

Article de Nathalie Mayer paru le 19/01/2015

L'autonomie des voitures électriques, toujours trop faible, motive de gros efforts de recherches sur les batteries. L'une des voies explorées est celle du couple lithium-soufre. Cette Renault Zoé, capable de parcourir 210 km, pourra sans doute aller beaucoup plus loin si des études comme celle de l'université de Waterloo aboutissent. © Renault

Dans un article paru dans les colonnes de Nature Communications en ce début d'année, une équipe de la faculté des sciences de l'université de Waterloo (Canada) présente une percée majeure dans le domaine de la technologie des batteries lithium-soufre. Les chimistes canadiens sont parvenus, grâce à des nanofeuilles de dioxyde de manganèse (MnO2), à maintenir la « rechargeabilité » de la cathode de soufre.

Depuis quelque temps déjà, les chercheurs s'intéressaient à la technologie lithium-soufre. Parce que le soufre est extrêmement abondant, relativement léger et très bon marché. Parce que les batteries lithium-soufre présenteraient une meilleure tenue aux basses températures et seraient moins toxiques que les batteries lithium-ion. Mais aussi, et peut-être surtout, parce que cette technologie a potentiellement la capacité de multiplier par trois (ou même par cinq, selon les estimations) l'autonomie des voitures électriques. Comment ? Grâce à une densité énergétique maximale pouvant aller jusqu'à 2.600 Wh/kg, contre seulement 160 Wh/kg pour une batterie lithium-ion. En 2009, l'équipe de l'université de Waterloo avait été la première à démontrer la faisabilité de telles batteries grâce à l'apport de nanomatériaux.

L'anode d'une batterie lithium-soufre est composée d'un feuillet de lithium métallique et sa cathode, de soufre. Sa densité énergétique plus élevée que celle d'une batterie lithium-ion s'explique par le fait que chaque atome de soufre peut se lier ici à deux ions de lithium. Dans les batteries conventionnelles, c'est en moyenne moins d'un ion de lithium qui réagit. © Institut Paul Scherrer

Comment stabiliser la cathode de soufre ?

Mais jusqu'à aujourd'hui, le développement de batteries lithium-soufre se heurtait à un problème de taille. Ces systèmes ne pouvaient en effet guère supporter plus de 200 cycles de charge. Car la cathode de soufre avait tendance, sous l'action des électrons, à se dissoudre dans l'électrolyte, formant des polysulfures. Et c'est sur cette question que les chimistes de Waterloo ont travaillé récemment. Ils ont d'abord pensé stabiliser la cathode physiquement, à l'aide de nanofibres de carbone ou de graphène poreux. Finalement, ils se sont intéressés aux oxydes métalliques. L'oxyde de titane d'abord, puis le dioxyde de manganèse, qui s'est avéré encore plus efficace.

« Très peu de chercheurs étudient aujourd'hui la chimie du soufre », regrette la professeure Linda Nazar de la faculté des sciences de l'université de Waterloo. Alors, pour expliquer le phénomène, son équipe s'est appuyée sur un procédé chimique connu depuis 1845 sous le nom de réaction de Wackenroder. « Il est ironique que nous ayons dû chercher aussi loin dans la littérature pour comprendre quelque chose qui peut radicalement changer notre avenir. » La surface oxygénée de la nanofeuille de MnO2 qui entoure la cathode de soufre permet en fait de recycler chimiquement les sulfures. Le processus se déroule en deux étapes et implique un intermédiaire, un polythiosulfate, lié à la surface. Résultat : une cathode haute performance capable de recharger sur plus de 2.000 cycles !

Les chimistes de Waterloo ont depuis déjà découvert que l'oxyde de graphène semble protéger les cathodes en faisant intervenir un mécanisme similaire. Ils poursuivent donc leurs travaux à la recherche du matériau plus performant encore que le dioxyde de manganèse.

Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités du jour. Toutes nos lettres d’information

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !