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Concept
Accumulateur lithium-soufre
Résumé
Un accumulateur lithium-soufre, batterie lithium-soufre ou batterie Li-S, est un type d'accumulateur lithium. Son intérêt principal est sa densité énergétique importante en raison de la faible masse atomique du lithium, de la masse modérée de l'octa-soufre et de sa capacité à échanger jusqu'à 16 électrons. Le soufre est de plus un matériau bon marché et abondant naturellement contrairement au cobalt, utilisé dans les batteries lithium-ion dites "classiques". L'un des principaux inconvénient est l'effet "navette", limitant le rendement énergétique et dégradant l'accumulateur. Les batteries utilisant cette technologie ne sont à ce jour pas disponibles commercialement, mais font l'objet de plusieurs projets de recherche.
La densité énergétique d'un accumulateur lithium-soufre va jusqu'à contre 300 pour un accumulateur lithium-ion. De plus les accumulateurs lithium-soufre permettent de meilleures performances à basse température et dépendent de composants moins chers et moins toxiques. À l'heure actuelle, plusieurs équipes de recherche sont parvenues à obtenir des batteries ne subissant pas de pertes importantes de capacité après plusieurs centaines de cycles voir dans certains cas 1000 cycles, le seuil à partir duquel les batteries commencent à être exploitables commercialement. Les principaux enjeux restants à résoudre sont la suppression de l'effet navette et la re-déposition correcte du soufre lors de la charge.
L'anode est composée de lithium et la cathode de soufre. Lors de la décharge de la batterie, le lithium se dissout sur la surface de l'anode, et se dépose sur l'anode lors de la charge.
La réaction chimique de décharge est :
S8 → Li2S8 → Li2S6 → Li2S4 → Li2S3
Et celle de charge :
Li2S → Li2S2 → Li2S3 → Li2S4 → Li2S6 → Li2S8 → S8
L'effet navette est un phénomène limitant les performances énergétiques des accumulateurs Li-S. Le problème réside dans la solubilité très importantes des complexes lithium-polysulfures (Li_2S_{x}). Ces espèces, après leur formation à la cathode, diffusent de façon importante vers l'anode et s'y réduisent en consommant des charges.
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