« Déverrouiller l’avenir prometteur : explorer les avancées et le potentiel des batteries lithium-soufre »
Les batteries lithium-ion utilisées dans le commerce sont principalement composées d’une cathode, d’un séparateur d’anode et d’un électrolyte. Les batteries lithium-ion sont installées dans les smartphones, les outils électriques et les véhicules électriques. Elles utilisent une solution d’électrolyte liquide.
Malgré son utilisation à grande échelle et les améliorations apportées à la technologie des batteries lithium-ion, elle présente également des inconvénients bien connus, tels que la surchauffe et les problèmes de chaîne d’approvisionnement en matières premières. Des recherches sont en cours sur ces problèmes en testant de nouveaux matériaux dans la construction des batteries. L’un de ces matériaux est le soufre, en raison de son extrême abondance dans la nature, un sous-produit de l’industrie pétrolière. Le matériau est également rentable et a la capacité de contenir plus d’énergie que les batteries traditionnelles à base de lithium-ion.
La taille du marché mondial des batteries à base de soufre devrait croître avec un TCAC de 17,69 %, pour atteindre 2 699 millions de dollars américains d’ici 2031, contre 517,4 millions de dollars en 2021.
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Composants d’une batterie–
Électrodes– L’électrode qui libère des électrons pendant la décharge est une anode ; l’électrode qui absorbe les électrons est la cathode. Elles stockent le lithium. L’électrolyte transporte les ions lithium chargés positivement (c’est-à-dire qu’un ion est une particule chargée électriquement produite pour donner un ion positif ou négatif en retirant ou en ajoutant des électrons à un atome neutre) de l’anode à la cathode et vice versa à travers le séparateur. Le mouvement des ions lithium crée des électrons libres dans l’anode, créant une charge qui fait circuler le courant électrique à travers un appareil alimenté. Les électrodes sont responsables des performances de base de la batterie.
Séparateur et électrolyte– Ces deux éléments déterminent la sécurité d’une batterie. Le séparateur agit comme une barrière physique entre la cathode et l’anode, empêchant la circulation directe des électrons entre elles, bloquant la circulation des électrons à l’intérieur de la batterie, ne laissant passer que les ions à travers elles.
L’électrolyte transfère les ions (particules porteuses de charge) dans les deux sens entre les deux électrodes de la batterie, ce qui permet à la batterie de se charger et de se décharger.
Défi dans l’utilisation pratique des batteries lithium-soufre
La charge de la batterie Li-S entraîne une accumulation de matière (polysulfure) qui s’écoule et se dissout dans l’électrolyte, provoquant sa corrosion. Ce phénomène, appelé par les chercheurs effet de navette polysulfure, réduit la durée de vie de la batterie.
Pour empêcher la fermeture du polysulfure, les scientifiques ont d’abord essayé de placer une couche intermédiaire rédox-inactive entre les électrodes. Cependant, elle a fini par prendre de la place supplémentaire à l’intérieur de la batterie, réduisant ainsi la capacité de stockage de la batterie et ne réduisant pas suffisamment la fermeture. Par la suite, les chercheurs ont mis au point une couche intermédiaire active poreuse contenant du soufre, par opposition à une couche rédox-inactive (c’est-à-dire qu’elle ne subit pas de réactions similaires à celles de l’électrode). Les résultats ont montré que la capacité a été multipliée par trois et que les batteries avec couche intermédiaire active ont maintenu une capacité élevée sur plus de 700 cycles de charge-décharge.
Développements récents sur le marché des batteries à base de soufre
Septembre 2022 : NGK Insulators, Ltd s’est vu attribuer un contrat pour un système sodium-soufre de 11,4 MW/69,6 MWh. Le système sera déployé à la station de GNL de Tsu dans la préfecture de Mie, au Japon.
Janvier 2022 : Lyten Inc. et le ministère américain de la Défense ont signé un accord. Cet accord vise à améliorer les batteries lithium-soufre pour une utilisation commerciale et de sécurité nationale.
Les avantages du lithium-soufre -
Conclusion
Les batteries lithium-ion atteignent leur perfectionnement technologique. Les batteries Li-S sont apparues comme une solution aux limites des batteries lithium-ion traditionnelles. Les chercheurs cherchent à résoudre le problème actuel de la courte durée de vie des batteries causée par la fermeture du polysulfure, en utilisant des électrolytes à l’état solide de sulfure (SSE). Les batteries Li-S ont une énergie de haute densité, une sécurité renforcée, une rentabilité et le soufre utilisé dans les batteries est un sous-produit industriel.
Auteur : Abhishek Saini
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