Récemment, des groupes de recherche dirigés par les professeurs LIU Jian et WU Zhongshuai de l’Institut Dalian de physique chimique (DICP) de l’Académie chinoise des sciences ont mis au point des sphères de carbone mésoporeuses décorées de Fe1-xS comme nanoréacteur, qui peuvent être appliquées comme cathode de batterie au lithium-soufre.
Le nanoréacteur a montré une excellente activité catalytique du polysulfure et une stabilité cyclique. L’étude a été publiée dans Advanced Energy Materials le 16 avril.
Les piles au lithium-soufre ont une densité d’énergie théorique élevée de 2600 Wh kg-1 et une capacité théorique de 1675 mAh g-1. Elles sont prometteuses en tant que batterie à haute énergie.
Cependant, la lente dynamique de la réaction de conversion du soufre dans le processus de charge et de décharge conduit à un faible taux d’utilisation du soufre et à un grave effet de navette. Cela entraîne en outre une faible capacité et une faible stabilité des batteries lithium-soufre.
C’est pourquoi un système électrocatalytique de conception raisonnable est souhaité, afin que la transformation catalytique du polysulfure puisse être réalisée efficacement et régulièrement sous une forte charge en soufre, ce qui entraîne une grande stabilité cyclique de la batterie au lithium-soufre.
Dans l’étude actuelle, les chercheurs ont conçu un nanoréacteur de carbone mésoporeux décoré de nanoparticules d’électrocatalyseur Fe1-xS (Fe1-xS-NC) hautement dispersées, et l’ont appliqué comme cathode de batterie lithium-soufre pour une activité catalytique élevée et une forte charge en soufre.
Le nanoréacteur se caractérise par une faible densité de masse, une porosité élevée et un électrocatalyseur hautement dispersé, ce qui améliore considérablement la capacité d’adsorption et de conversion catalytique des polysulfures.
Les chercheurs ont constaté que la capacité de Fe1-xS-NC n’a pratiquement pas diminué par rapport à une valeur initiale de 1070 mAh g-1 après 200 cycles et sous une densité de courant de 0,5 C.
« La stratégie de conception des nanoréacteurs fournit un nouveau protocole pour la construction de batteries rechargeables à haute capacité et à long cycle« , a déclaré le professeur LIU. « Elle ouvrira également une voie pour la conception de batteries Li-métal plus sûres et à haute densité énergétique« , a ajouté le professeur WU.
