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Lithium Soufre: Une révolution de la batterie sur le bon marché? Fouetter ensemble un produit de déchets industriels et un peu de plastique et vous pourriez avoir la recette pour la prochaine révolution dans la technologie de la batterie. Des scientifiques de l'Institut national des normes et de la technologie (NIST), l'Université d'Arizona à Tucson et de l'Université nationale de Séoul en Corée ont combiné des ingrédients communs à faire, une batterie lithium-soufre à haute capacité peu coûteuse qui peut être pédalé des centaines de fois sans perdre fonction.* Soufre, souvent un produit de déchets industriels, pourrait être la clé de batteries hautes performances futures. Crédit: © S_E-Fotolia_com La performance de la nouvelle batterie serait concurrentiel sur le marché d'aujourd'hui, dit NIST scientifique des matériaux Christopher Soles. "Cinq cents cycles avec la capacité que nous avons montré est certainement mieux que ce qui est dans votre ordinateur portable aujourd'hui." Batteries délivrent une puissance par la navette des ions positifs entre deux électrodes-une anode et une cathode tandis que les électrons se déplacent autour d'un circuit et de faire un travail utile. Dans la dernière décennie, les batteries compactes en utilisant des ions de lithium minuscules ont atteint des densités d'énergie toujours plus, d'emballage plus de puissance en plus petits volumes et d'aider à faire des téléphones intelligents et autres technologies mobiles omniprésents. Mais les batteries au lithium-ion nécessitent cathodes volumineux, généralement fabriqués à partir d'oxydes céramiques tels que l'oxyde de cobalt, pour abriter les ions, ce qui limite la densité d'énergie de la batterie. Cela signifie que pour plus d'applications à forte intensité énergétique comme les véhicules électriques à longue portée, même la technologie lithium-ion ne coupe pas. Entrez plus mince cousin, le lithium-soufre de lithium-ion. Les cathodes de ces batteries sont faites principalement de soufre, un déchet pas cher de traitement du pétrole. Le soufre pèse à peine la moitié autant que le cobalt, atome pour atome, et peut emballer plus de deux fois plus d'ions lithium dans un volume donné comme on oxyde de cobalt; ainsi, les batteries lithium-soufre ont plusieurs fois la densité énergétique des batteries au lithium-ion. Mais cathodes de soufre ont deux faiblesses majeures. Le soufre se combine facilement avec le lithium pour former des composés qui cristallisent et de la gomme jusqu'à les entrailles de de la batterie, et il a tendance à se fissurer sous la contrainte des cycles répétés. En conséquence, une batterie lithium-soufre typique devient inutile dans les quelques dizaines de cycles de beaucoup trop peu pour une batterie d'ordinateur portable ou de voiture qui peut se pédalé une fois par jour pendant des années. Pour créer une cathode plus stable, l'équipe de recherche du soufre chauffé à 185 degrés Celsius, la fonte des anneaux huit atome de l'élément dans de longues chaînes. Ils ont ensuite été mélangés les chaînes de soufre avec DIB ** un précurseur de matière plastique à base de carbone qui relie les chaînes de soufre en même temps, ce qui crée ce qui est connu comme un co-polymère. L'équipe a doublé leur processus de fabrication "de vulcanisation inverse" car il ressemble au procédé utilisé pour fabriquer des pneus en caoutchouc, avec une différence cruciale: Dans les pneumatiques, la matière contenant du carbone constitue l'essentiel, et le soufre est tout saupoudré dans. Ajout DIB aux cathodes les empêche de se fissurer aussi facilement et conserve composés lithium-soufre de cristalliser. Les scientifiques ont testé différents mélanges de soufre et de DIB et a constaté que la combinaison optimale compris entre 10 et 20 pour cent DIB en masse: Moins DIB n'a pas fourni les propriétés de cathode protecteur alors que plus de la DIB électrochimiquement inactif a commencé à glisser vers le bas de la densité d'énergie de la batterie . Les chercheurs ont couru leur batterie optimisée grâce à 500 cycles et a constaté que il a conservé plus de la moitié de sa capacité initiale. Autres batteries lithium-soufre expérimentales ont effectué de manière similaire, mais leurs cathodes nécessitent des procédés de fabrication plus complexes qui seraient coûteux à grande échelle, dit Jeffrey Pyun, chimiste à l'Université de l'Arizona et de l'Université nationale de Seoul. En revanche, la cathode polymère de l'équipe ne nécessite que de matériaux facilement disponibles et chaleur modérée. «Nous prenons, nous fondre en une seule étape et pow, nous obtenons ce plastique», dit Pyun. "Si vous deviez venir à notre laboratoire, nous pourrions faire cela en cinq minutes." Malgré cela, nous ne sommes pas susceptibles de voir des batteries lithium-soufre dans les magasins tout de suite. Soles note qu'une technologie de batterie commerciale doit faire plus que simplement répondre à des spécifications de performance. Par exemple, le lithium peut brûler si elle est exposée à l'air, de sorte que toute la batterie lithium-soufre commerciale devra subir des tests de sécurité rigoureux avant qu'elle ne touche le marché. * A. G. Simmonds, J. J. Griebel, J. Park, K. R. Kim, W. J. Chung, V. P. Oleshko, J. Kim, E. T. Kim, R. S. Verre, CL Soles, Y-E. Sung, K. Char et J. Pyun. Inverse la vulcanisation du soufre élémentaire pour préparer des matériaux d'électrodes polymères pour batteries Li-S. ACS Macro Lett. 2014, 3, 229-232 DOI: 10.1021 / mz400649w. ** diisopropénylbenzène