Batteries au lithium-soufre hautement performantes à base de nanofeuilles métalliques de bisulfure de molybdène

Batteries au lithium-soufre hautement performantes à base de nanofeuilles métalliques de bisulfure de molybdène

Crédit : Li et al.

Pour réduire les émissions de carbone tout en répondant aux demandes croissantes de l’industrie électronique, les scientifiques devront développer des technologies de batteries alternatives plus durables et capables de stocker plus d’énergie. Ces dernières années, ils ont ainsi tenté de développer des technologies alternatives de batteries utilisant différentes combinaisons de matériaux.

Parmi les technologies de batteries qui se sont révélées les plus prometteuses jusqu’à présent figurent les batteries au lithium-soufre (Li-S), qui contiennent des cathodes au soufre et des anodes au lithium-métal. Ces batteries pourraient surmonter certaines des limitations associées aux réactions de conversion dans les batteries lithium-ion (LiB), atteignant finalement des densités d’énergie plus élevées.

Malgré leurs avantages potentiels, de nombreuses conceptions de batteries Li-S introduites jusqu’à présent n’ont pas atteint les résultats souhaités. L’une des raisons en est que le soufre dans les batteries doit être chargé sur un hôte conducteur, qui est généralement basé sur des matériaux qui ont été mal mouillés par les électrolytes (par exemple, la plupart des carbones). Cela nuit à la diffusion des ions lithium dans les batteries, réduisant leur capacité et leurs performances globales.

Des chercheurs de l’Université de Cambridge et de la Faraday Institution ont récemment développé des batteries Li-S hautement performantes en utilisant des nanofeuilles de disulfure de molybdène en phase 1T métallique lithié (LiXMoS2). Leur conception, décrite dans un article publié dans Énergie naturelleoffre de grandes promesses pour la création de solutions de batteries de nouvelle génération capables de stocker plus d’énergie.

“Notre article récent porte sur un nouveau matériau pour les batteries Li-S qui peut conduire à des densités d’énergie supérieures”, a déclaré Zhuangnan Li, l’un des chercheurs qui a mené l’étude, à Tech Xplore. “Il est basé sur la phase métallique d’un matériau bidimensionnel, sur laquelle notre groupe de recherche travaille depuis plus de 10 ans.”

La conception de la batterie introduite par Li et ses collègues s’appuie sur les efforts antérieurs des chercheurs de l’Université de Cambridge. Plus précisément, l’équipe a développé des électrodes très prometteuses à base de LiXMoS2 nanofeuilles pour créer des batteries Li-S qui ont de nombreuses propriétés et caractéristiques avantageuses.

“Le point clé de notre conception était d’utiliser une quantité minimale d’électrolyte tout en maintenant le fonctionnement normal de la batterie”, a expliqué Li. “Cela nécessite que le matériau hôte soufré possède des propriétés telles qu’une conductivité électrique élevée, une densité, une mouillabilité, une polarité pour l’adsorption et une activité catalytique.”

Les chercheurs ont découvert que leurs nanofeuilles lithiées amélioraient considérablement l’absorption des polysulfures de lithium, tout en améliorant le transport des ions lithium, en accélérant les réactions électrochimiques et en améliorant l’activité électrocatalytique, qui favorise la conversion des polysulfures dans les batteries Li-S. Combinés, ces avantages se sont traduits par des densités d’énergie remarquables de 441 Wh kg−1 et 735 Wh l−1permettant aux batteries de conserver 85,2 % de leur capacité après 200 cycles de fonctionnement.

“Les batteries Li-S à haute énergie et à longue durée de vie démontrées dans ce travail ont un grand potentiel pour la création de la prochaine génération de dispositifs de stockage d’énergie”, a ajouté Li. “Nous prévoyons maintenant de fournir des connaissances plus fondamentales et leur traduction en une technologie de batterie commercialement réalisable.”

Lors des premiers essais, la nouvelle conception de batterie Li-S introduite par cette équipe de chercheurs a obtenu des résultats très prometteurs, suggérant qu’elle pourrait aider à obtenir de meilleures performances et des densités d’énergie plus élevées. Li et ses collègues mènent actuellement d’autres évaluations et explorent la commercialisation possible de leur technologie.

Plus d’information:
Zhuangnan Li et al, Nanofeuilles de bisulfure de molybdène métallique lithié pour batteries lithium-soufre hautes performances, Énergie naturelle (2023). DOI : 10.1038/s41560-022-01175-7

Goki Eda et al, Photoluminescence de MoS2 chimiquement exfolié, Nano-lettres (2011). DOI : 10.1021/nl201874w

Muharrem Acerce et al, Nanofeuilles de MoS2 en phase métallique 1T comme matériaux d’électrode de supercondensateur, Nanotechnologie de la nature (2015). DOI : 10.1038/nnano.2015.40

Damien Voiry et al, Le rôle du couplage électronique entre le substrat et les nanofeuillets MoS2 2D dans la production électrocatalytique d’hydrogène, Matériaux naturels (2016). DOI : 10.1038/nmat4660

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Citation: Batteries au lithium-soufre hautement performantes basées sur des nanofeuilles de disulfure de molybdène métallique (2023, 24 janvier) récupéré le 24 janvier 2023 sur https://techxplore.com/news/2023-01-highly-lithium-sulfur-batteries-based.html

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