Analyse par Nanopore des polysulfures de Li et design d’une membrane organique pour l’amélioration des performances de batteries Li-S

Demi-allocation doctorale, 36 mois, AAP 2018-1

Equipe : LAMBE, Equipe 4 MPI

Porteuse de projet : Nathalie Jarroux

Résumé :

Aujourd’hui, la technologie de batterie Plomb-acide domine toujours le marché des batteries rechargeables (450 GWh), où les batteries Lithium-ion représentent environ 85 GWh. Cependant, cette image change résolument. Umicore prédit une augmentation du marché des batteries lithium à environ 500 GWH avant 2025 [2] et la Nouvelle Finance d'Énergie Bloomberg prévoit une demande de batterie au lithium dans l'échelle du terawatt-heures avant 2030 [3].

Pour les applications de stockage et de conversion d’énergie, la conception de nouveaux dispositifs électrochimiques en accord avec les principes de développement durable est devenue incontournable. De telles exigences ajoutent une complexité lors du développement des matériaux aussi bien au niveau de leur composition qui ne devra contenir que des éléments abondants et non toxiques, que de leur procédé d’élaboration qui devra être le moins énergivore possible. Ces contraintes ont motivé l’étude de nouvelles technologies au-delà du Li-ion, comme c’est le cas du système lithium-soufre qui présente une énergie spécifique (Wh/kg) théorique 5 fois plus élevée [4], tout en utilisant des éléments abondants et peu couteux. Il est à noter que, bien que vieille de plus de 50 ans, cette technologie n’arrive pas à franchir les portes du laboratoire principalement due à la rapide décharge après de courts temps d’utilisation. Cette thèse a pour but de mettre fin à cette attente en proposant une approche disruptive à l’interface de plusieurs disciplines, le DIM RESPORE servant de levier. Plus spécialement on parle de séquençage d’espèces chimiques au sein d’un accumulateur jamais envisagé jusqu’à présent, voire de confection de membranes bio-sourcées à fonctionnalité et à porosité contrôlées, pouvant servir de structure pour l’autoréparation des batteries.

[1]          M.-K. Song, E. J. Cairns, and Y. Zhang, « Lithium/sulfur batteries with high specific energy: old challenges and new opportunities », Nanoscale, vol. 5, no 6, p. 2186‑2204, mars 2013.

 

[2]          Y. Yang, G. Zheng, and Y. Cui, « Nanostructured sulfur cathodes », Chem. Soc. Rev., vol. 42, no 7, p. 3018‑3032, mars 2013.

[3]          M. R. Busche, P. Adelhelm, H. Sommer, H. Schneider, K. Leitner, et J. Janek, « Systematical electrochemical study on the parasitic shuttle-effect in lithium-sulfur-cells at different temperatures and different rates », J. Power Sources, vol. 259, no Supplement C, p. 289‑299, août 2014.

[4]          A. Vizintin et al., « Fluorinated Reduced Graphene Oxide as an Interlayer in Li–S Batteries », Chem. Mater., vol. 27, no 20, p. 7070‑7081, oct. 2015.

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