Une avancée significative dans le domaine des batteries est en cours, avec le développement d’un prototype innovant à base de soufre. Ce dispositif se démarque par sa grande sécurité et sa capacité à fonctionner même après des déformations, offrant ainsi une alternative prometteuse aux batteries traditionnelles. Les implications de cette technologie pourraient révolutionner l’industrie de l’énergie.
Les scientifiques ont créé le prototype d’une batterie révolutionnaire à base de soufre qui continue à fonctionner même après avoir été pliée ou même coupée. De plus, elle est ultra sûre car elle ne prend pas feu et n’explose pas comme cela peut arriver avec les batteries lithium-ion classiques.
Le prototype de super batterie. Crédit : Adapté de ACS Energy Letters 2024, DOI : 10.1021/acsenergylett.4c01907
Les chercheurs ont créé une nouvelle batterie appelée “à conversion”, si efficace et sûre qu’elle continue à fonctionner même après avoir été pliée ou coupée. De plus, elle ne prend pas feu et n’explose pas, deux risques significatifs auxquels on fait face en cas de dommages – ou en cas d’exposition à des conditions environnementales inappropriées – avec les batteries lithium-ion habituelles. Elles sont utilisées pour alimenter de nombreux dispositifs et véhicules d’usage courant, des téléphones portables aux appareils photo, en passant par les ordinateurs, les trottinettes, les bicycles et les voitures électriques. Sur le web, il ne manque pas de vidéos virales montrant des objets de tailles variées prenant feu ou explosant, avec de sérieux risques pour les personnes. Certains des incidents les plus graves ont impliqué des vélos électriques (e-bike), indiscutablement sûrs, mais qui peuvent devenir dangereux dans certaines circonstances. On se souviendra par exemple de l’accident dramatique survenu en avril 2023 à New York, lorsque l’explosion de la batterie d’un vélo électrique a déclenché un incendie dans lequel ont perdu la vie un enfant de 7 ans et sa sœur de 19 ans. Il s’agit clairement de cas extrêmes et les batteries lithium-ion doivent être considérées comme sûres, mais avoir un produit innovant capable d’éliminer même ces rares risques représente un progrès non négligeable.
Le « secret » de la super batterie, sous-entendons-le encore expérimental, réside dans l’utilisation du soufre et, plus précisément, d’un cathode de disulfure de fer. Le nouveau dispositif a été mis au point par une équipe de recherche internationale dirigée par des scientifiques de l’Université de Science et Technologie Électronique de Chine, qui ont collaboré étroitement avec leurs collègues de divers instituts. Parmi les institutions impliquées, la Faculté de Génie et Sciences Appliquées de l’Université de la Colombie-Britannique (Canada), l’Académie Chinoise des Sciences et l’Institut des technologies avancées de stockage d’énergie du lac Tianmu. Les chercheurs, dirigés par le professeur Liping Wang, enseignant à l’École des Matériaux et Énergie de l’université de Chengdu, se sont concentrés sur le soufre car, en plus de son faible coût et de sa facilité d’accès, les disulfures de métaux sont potentiellement capables de stockage d’énergie supérieur (haute densité énergétique) par communiqué aux matériaux couramment utilisés dans la fabrication de batteries, comme les oxydes de lithium-métal.
Crédit : Adapté de ACS Energy Letters 2024, DOI : 10.1021/acsenergylett.4c01907
Bien qu’elles soient très prometteuses, les disulfures de métaux présentent un problème fondamental significatif. Les cathodes basées sur ceux-ci, en effet, perdent rapidement de la capacité lorsqu’elles réagissent avec des électrolytes à base de carbonates utilisés dans les batteries. Elles auraient pour résultat des batteries de faible durée de vie et d’efficacité. L’équipe du professeur Wang a réussi à contourner ce problème avec une solution brillante et élégante, capable de préserver l’efficacité de la charge – qui draine la capacité des cellules – et sa fonctionnalité. En termes simples, ils ont essayé de revêtir les cathodes de disulfure de fer avec différents types de polymères, découvrant que l’acide polyacrylique (PAA) offrait la meilleure efficacité et protection contre le déclin.
Après avoir développé un prototype de la batterie, ils ont observé que après 100 cycles de charge et décharge, aucun déclin des cellules ne s’est manifesté, mais qu’en les coupant et en les pliant, elles fonctionnaient. Surtout, elles n’ont pas pris feu, ni n’ont explosé. Des résultats positifs ont également été observés après 300 cycles de charge-décharge, où les cathodes de disulfure de fer combinées avec des anodes de lithium-carbone ont démontré une grande stabilité et sécurité, maintenant une capacité de 72 pour cent. Il s’agit seulement d’un prototype, mais il peut seulement s’améliorer avec l’expérimentation. “Ce travail démontre le potentiel des batteries lithium de type à conversion pour obtenir un long cycle de vie et une haute sécurité. Les détails de la recherche “Liens de type chélat pour un cycle stable et une haute sécurité des batteries lithium basées sur disulfure de métal de transition” ont été publiés dans ACS Energy Letters.