Des chercheurs de l’université de Monash en Australie ont mis au point un prototype de batterie au lithium-soufre (Li-S) qui serait deux à cinq fois plus performante que les batteries actuelles, moins onéreuse et plus simple à fabriquer. Mais il reste plusieurs obstacles à surmonter.

Les accumulateurs au lithium-soufre ne sont pas une nouveauté : cela fait plusieurs années que des chercheurs ont découvert leur haute densité énergétique. Mais ils présentaient un inconvénient majeur : leur courte durée de vie. L’électrode au soufre se brisait régulièrement par manque de résistance lors des charges et décharges. Pour remédier au problème, Matthew Hill, Mahdokht Shaibani et Mainak Majumder, chercheurs à l’Université de Monash à Canberra , ont redessiné les liaisons entre les particules qui constituent la cathode de soufre. En s’inspirant d’une technique employée dans la fabrication de détergents en poudre, ils sont parvenus à permettre à ces particules de mieux gérer des charges élevées sans perdre en stabilité, et à améliorer ainsi la résistance des électrodes à se fissurer.

Entre deux et cinq fois plus performantes

Résultat : les chercheurs ont développé ce qui pourrait devenir la batterie la plus performante au monde ! Elle permettrait à son smartphone d’être utilisé durant cinq jours sans recharge, et à une voiture électrique d’afficher une autonomie de 1000 kilomètres.
En plus d’offrir une densité énergétique exceptionnelle, ce type de batterie serait plus simple à fabriquer et aurait un impact environnemental moindre que celui des batteries lithium-ion actuelles.
Leur efficacité énergétique permettra de réduire la taille des accumulateurs dans de nombreuses applications, ainsi leur poids.

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Une commercialisation possible pour bientôt

Les prototypes de cette batterie expérimentale ont été élaborés en Allemagne et sont actuellement en phase de test en Australie, dans des véhicules électriques et dans des installations photovoltaïques.

L’équipe a déposé un brevet et souhaite passer à la phase de commercialisation. Ils bénéficient pour ce faire d’un financement de 2,5 millions de dollars du gouvernement australien et de partenaires industriels. Mais il subsiste quelques derniers obstacles à surmonter, avant d’espérer voir les batteries lithium-soufre connaître un développement massif.

Des difficultés techniques encore à résoudre

Jusqu’à présent les batteries lithium-soufre voyaient leurs performances décliner rapidement et elles avaient une faible durée de vie. En cause : les importantes contraintes mécaniques qui dilatent fortement les cathodes au soufre lors des cycles de charge et décharge.

Pour accroître la stabilité des électrodes, les chercheurs australiens ont créé des liens polymériques solides au sein de la microstructure de la cathode. Selon le chercheur Mahdokht Shaibani, cette structure poreuse permet à la batterie de supporter à présent plusieurs centaines de charges, ce qui représente une avancée certaine.

Par ailleurs, une équipe de chercheurs de Singapour utilise une microstructure carbone préexistante, alors que des chercheurs du MIT à Massachussett tentent de coupler le soufre avec une phase de Chevrel (du nom de Roger Chevrel, chercheur au FNRS et inventeur en 1971 des supraconducteurs dits « phases de Chevrel »).

On le voit : il y a bon espoir que les obstacles techniques soient rapidement surmontés, car les recherches centrées sur la dégradation de la cathode de soufre se multiplient au quatre coins de la planète.

Mais les dendrites restent un autre problème à résoudre.  Ces protubérances cristallines, que les anodes au lithium métal ont une fâcheuse tendance à former, peuvent finir par percer la barrière séparant les pôles positif et négatif de la batterie, ce qui peut provoquer des court-circuits, des incendies ou pire, des explosions.

Un projet au potentiel énorme

Vu l’enjeu que représente la question du stockage, de nombreuses recherches sont menées pour mettre au point la batterie idéale, celle qui assure à la fois densité énergétique, encombrement limité et impact environnemental réduit, le tout à un coût inférieur à celui des batteries actuelles.

Plusieurs solutions sont apparues comme prometteuses. Le graphène a attiré beaucoup d’attention, mais son procédé de fabrication est coûteux et n’est pas encore au point.
Les batteries à l’état solide ont également fait l’objet de recherches intenses. Elles permettent l’utilisation d’électrodes en lithium pur, et évitent la formation de dendrites grâce à un électrolyte solide.
Bien qu’annoncées depuis des années comme solutions d’avenir en matière de stockage d’énergie, aucune de ces pistes n’a réussi à déboucher sur un développement à grande échelle.

Mais lorsque les dernières contraintes techniques seront levées, la batterie au lithium-soufre pourrait bien détrôner le roi Li-ion.