Les LSB utilisent du lithium comme anode et du soufre comme cathode, mais cette combinaison pose des défis. Un problème important est « l’effet navette », dans lequel les espèces intermédiaires de polysulfure de lithium (LiPS) formées pendant le cyclage migrent entre l’anode et la cathode, ce qui entraîne une perte de capacité, un cycle de vie faible et de mauvaises performances. D’autres problèmes incluent l’expansion de la cathode de soufre lors de l’absorption des ions lithium et la formation d’espèces isolantes lithium-soufre et de dendrites de lithium pendant le fonctionnement de la batterie. Bien que diverses stratégies, telles que les composites cathodiques, les additifs électrolytiques et les électrolytes solides, aient été utilisées pour relever ces défis, elles impliquent des compromis et des considérations qui limitent le développement ultérieur des LSB.

Récemment, des nanoclusters métalliques atomiquement précis, des agrégats d’atomes métalliques d’une taille allant de 1 à 3 nanomètres, ont reçu une attention considérable dans la recherche sur les matériaux, y compris sur les LSB, en raison de leur grande capacité de conception ainsi que de leurs structures géométriques et électroniques uniques. Cependant, même si de nombreuses applications appropriées pour les nanoclusters métalliques ont été suggérées, il n’existe toujours aucun exemple de leurs applications pratiques. Maintenant, dans une dernière étude collaborative publiée dans la revue Petit le 25 août 2023, une équipe de chercheurs du Japon et de Chine, dirigée par le professeur Yuichi Negishi de l’Université des sciences de Tokyo (TUS), a exploité la propriété de liaison de surface et l’activité rédox des nanoclusters d’or (Au) dopés au platine (Pt), Au₂₄Pt(PET)₁₈ (PET : phényléthanethiolate, SCH₂CH₂Ph), comme électrocatalyseur à haut rendement dans les LSB. Le travail est co-écrit par le professeur adjoint Saikat Das de TUS, le professeur Deyan He et le professeur agrégé junior Dequan Liu de l’Université de Lanzhou, en Chine.

Les chercheurs ont préparé des composites d’Au₂₄Pt(PET)₁₈ et des nanofeuilles de graphène (G) avec une grande surface spécifique, une porosité élevée et un réseau conducteur, en les utilisant pour développer un séparateur de batterie qui accélère la cinétique électrochimique dans le LSB. « Les LSB assemblés à l’aide de l’Au₂₄Pt(PET)₁₈Le séparateur basé sur @G a arrêté les LiPS en navette, inhibé la formation de dendrites de lithium et amélioré l’utilisation du soufre, démontrant une excellente capacité et une excellente stabilité du cyclage », souligne le professeur Negishi. La batterie a montré une capacité spécifique réversible élevée de 1 535,4 mA hg.⁻¹ pour le premier cycle à 0,2 A g⁻¹ et une capacité de débit exceptionnelle de 887 mA hg⁻¹ à 5 A g⁻¹. De plus, la capacité conservée après 1 000 cycles à 5 A g⁻¹ était de 558,5 mA hg⁻¹.

Ces résultats mettent en évidence les avantages de l’utilisation de nanoclusters métalliques dans les LSB. Ils comprennent une densité énergétique améliorée, une durée de vie plus longue, des caractéristiques de sécurité améliorées et un impact environnemental réduit des LSB, ce qui les rend plus respectueux de l’environnement et compétitifs par rapport aux autres technologies de stockage d’énergie.

« Les LSB dotés de nanoclusters métalliques pourraient trouver des applications dans les véhicules électriques, l’électronique portable, le stockage d’énergie renouvelable et d’autres industries nécessitant des solutions avancées de stockage d’énergie. De plus, cette étude devrait ouvrir la voie à des LSB entièrement solides dotés de fonctionnalités plus nouvelles. « , souligne le professeur Negishi. Dans un avenir proche, la technologie proposée pourrait conduire à des dispositifs de stockage d’énergie rentables et plus durables. Cela contribuerait à réduire les émissions de carbone et à soutenir l’adoption des énergies renouvelables, favorisant ainsi la durabilité.