LG Energy Solution, en collaboration avec les universités de Chicago et de Californie à San Diego, a développé une cathode au soufre atteignant près de la capacité théorique maximale pour les batteries tout-solide. L’avancée, publiée dans Nature Communications, ouvre la voie à des batteries plus économiques et plus sûres que les technologies lithium-ion actuelles. Les résultats démontrent une approche pratique pour surmonter les limitations historiques du soufre dans les batteries.
La course aux batteries de nouvelle génération vient d’enregistrer une avancée significative. LG Energy Solution, en partenariat avec des chercheurs des universités de Chicago et de Californie à San Diego, a mis au point une cathode au soufre dont la capacité de décharge approche les limites théoriques du matériau. La percée technique, détaillée dans la revue Nature Communications, pourrait accélérer le développement de batteries tout-solide plus abordables et plus sûres que les technologies lithium-ion dominantes.
Surmonter l’obstacle des polysulfures
Le soufre présente depuis longtemps des caractéristiques attrayantes pour les fabricants de batteries : abondant, peu coûteux et doté d’une capacité de stockage énergétique élevée. Cependant, son utilisation dans les batteries à électrolyte liquide se heurtait à un problème persistant. Lors des cycles de charge et de décharge, les composés soufrés générés se dissolvent dans l’électrolyte, un phénomène connu sous le nom de dissolution des polysulfures qui compromet la durée de vie et la stabilité des cellules.
L’équipe de recherche dirigée par Shirley Meng, professeure à la Pritzker School of Molecular Engineering de l’Université de Chicago, a contourné cet écueil en concevant une batterie entièrement à l’état solide. Le remplacement de l’électrolyte liquide par un électrolyte solide à base de sulfure a constitué la première étape. Mais l’innovation clé réside dans un procédé de broyage en une seule étape qui permet de combiner soufre, électrolyte et carbone conducteur en un mélange homogène. Leur approche génère une interphase métastable qui améliore significativement les performances électrochimiques.
« Au lieu d’ajouter de nouveaux matériaux ou revêtements, ce travail montre qu’en agençant simplement les matériaux existants avec plus de soin, le soufre peut réagir de manière beaucoup plus efficace », explique Seung Bo Yang, chercheur principal chez LG Energy Solution.
De la preuve de concept à l’application industrielle
Les performances de la cathode au soufre ont été validées non seulement dans des cellules bouton de laboratoire, mais également dans des cellules en poche, format standard utilisé dans les batteries commerciales. Leur démonstration à différentes échelles confirme le potentiel d’industrialisation de la technologie, notamment pour les applications dans les véhicules électriques.
Les chercheurs ont fait une autre découverte intéressante : les électrodes de soufre se dilatent et se contractent selon un schéma opposé à celui des anodes en silicium. La caractéristique permet aux changements de volume de se compenser partiellement, réduisant ainsi les contraintes mécaniques pendant les cycles de charge et améliorant la longévité des cellules.
« Ce partenariat entre UChicago PME, UC San Diego et LG Energy Solution continue de démontrer que faible coût et haute performance ne s’excluent pas mutuellement », souligne Shirley Meng. « C’est la voie que nous devons suivre pour créer un impact durable dans le monde réel. »
Perspectives de commercialisation
Les prochaines étapes de développement seront présentées par Shirley Meng lors de la Battery Conference à InterBattery 2026, qui débute le 11 mars. LG Energy Solution avait précédemment annoncé ses plans de commercialisation de batteries tout-solide à base de sulfure d’ici 2030. L’entreprise a récemment indiqué qu’elle comptait sur la technologie d’électrode sèche pour accélérer ce calendrier.
L’avancée ici arrive dans un contexte où l’industrie des batteries cherche activement des alternatives aux technologies lithium-ion, dont les limites en termes de coût, de sécurité et de densité énergétique deviennent de plus en plus apparentes. Le soufre, avec son abondance naturelle et son faible coût, représente une piste sérieuse pour démocratiser l’accès aux batteries performantes.
La capacité atteinte par la cathode – environ 1 500 milliampères-heures par gramme de soufre – se rapproche du maximum théorique de 1 675 mAh/g, ce qui témoigne de l’efficacité de l’approche développée par les chercheurs. Si les défis de production à grande échelle et de durabilité à long terme restent à relever, cette percée technique ouvre une voie prometteuse vers des batteries plus accessibles et plus sûres pour les applications mobiles et stationnaires.
