Les batteries au lithium-soufre désignées comme étant la prochaine génération de batteries seraient moins chères tout en ayant une densité énergétique plus élevée que les batteries lithium-ions actuelles, soit une caractéristique importante dans le développement des véhicules électriques en passant par les ordinateurs portables.
Mais le problème avec les batteries lithium-soufre, c’est qu’elles ne durent pas aussi longtemps, car elles sont utilisables seulement pour environ 100 cycles de charge.
Les chercheurs de Purdue (États-Unis) ont trouvé un moyen d’augmenter leur durée de vie avec un processus qui a l’avantage supplémentaire de recycler le plastique. Leur procédé, récemment publié dans « ACS Applied Materials and Interfaces », montre que le fait de mettre du plastique soufré dans un four à micro-ondes, y compris des sacs en plastique transparent, transforme le matériau en la substance idéale pour augmenter la durée de vie des batteries et tenir plus de 200 cycles de chargement-déchargement.
« Peu importe combien de fois vous recyclez le plastique, ce plastique reste sur la terre« , a déclaré Vilas Pol, professeur agrégé à l’École de génie chimique de Purdue. « Nous réfléchissons depuis longtemps à des moyens de s’en débarrasser, et ce moyen a le mérite d’ajouter de la valeur. »
La nécessité de réduire les décharges va de pair avec le fait de rendre les batteries lithium-soufre suffisamment viables pour un usage commercial.
« Comme les piles au lithium-soufre sont de plus en plus populaires, nous voulons qu’elles aient une durée de vie plus longue « , a ajouté M. Pol.
Le plastique polyéthylène basse densité, qui est utilisé pour l’emballage et qui compose une grande partie des déchets plastiques, aide à résoudre un problème de longue date avec les batteries au lithium-soufre – un phénomène appelé effet de navette polysulfure qui limite la durée de vie d’une batterie entre deux charges.
Les batteries au lithium-soufre, comme leur nom l’indique, possèdent du lithium et du soufre. Lorsqu’un courant est appliqué, les ions lithium migrent vers le soufre et une réaction chimique a lieu pour produire du sulfure de lithium. Le sous-produit de cette réaction, le polysulfure, a tendance à retourner du côté du lithium et à empêcher la migration des ions lithium vers le soufre. Cela diminue la capacité de charge d’une batterie ainsi que sa durée de vie.
« La façon la plus simple de bloquer le polysulfure est de placer une barrière physique entre le lithium et le soufre« , a déclaré Patrick Kim, associé de recherche postdoctorale en génie chimique à Purdue.
Des études antérieures avaient tenté de fabriquer cette barrière à partir de la biomasse, comme les pelures de banane et les coquilles de pistache, parce que les pores du carbone dérivé de la biomasse avaient le potentiel de retenir le polysulfure.
« Chaque matériau a ses propres avantages, mais la biomasse est bonne à conserver et peut être utilisée à d’autres fins« , a indiqué M. Pol. « Les déchets plastiques sont des matériaux sans valeur et encombrants. »
Au lieu de cela, les chercheurs ont pensé à la façon dont le plastique pourrait être incorporé dans un échafaudage en carbone pour supprimer la navette de polysulfure dans une batterie. Des recherches antérieures ont montré que le polyéthylène basse densité produit du carbone lorsqu’il est combiné avec des groupes sulfonés.
Les chercheurs ont trempé un sac en plastique dans un solvant contenant du soufre et l’ont mis dans un four à micro-ondes pour fournir à peu de frais l’augmentation rapide de la température nécessaire à la transformation en polyéthylène basse densité. La chaleur a favorisé la sulfonation et la carbonisation du plastique et a induit une plus grande densité de pores pour retenir le polysulfure. Le plastique de polyéthylène basse densité pourrait ensuite être transformé en un échafaudage de carbone pour diviser les moitiés lithium et soufre d’une pile à pièces de batterie.
« C’est la première étape pour améliorer la capacité de rétention de la batterie« , a conclu M. Pol. « L’étape suivante est la fabrication d’une batterie de plus grande taille en utilisant ce concept.«
