Décrypter les interactions soufre-carbone pour optimiser les cathodes des batteries Li-S

Les batteries Li/S du futur pourraient être composées d’une anode métallique en lithium et d’une cathode en soufre. En effet, le couple Li-S présente une densité d’énergie théorique de 2500 kW/kg bien plus élevée que les couples électrochimiques actuellement utilisés dans les batteries Li-ion, d’où son intérêt pour être intégré à ce type de dispositif. Hélas, le soufre est un isolant et doit être confiné dans des matrices poreuses de carbone pour réaliser des électrodes (cathodes) conductrices. L'efficacité des électrodes va alors dépendre de la taille de pores de la matrice de carbone, de l'interaction entre les atomes de soufre et de carbone qui influence la stabilité de l'électrode, et de l'étendue de la surface de carbone en contact direct avec le soufre.

Des scientifiques du laboratoire MADIREL (CNRS/AMU) ont utilisé la thermodésorption et la calorimétrie d’immersion pour décrire comment le soufre était piégé dans les micropores. Ils ont ainsi évalué l’énergie d’interaction entre le soufre et la surface des carbone poreux. Leurs résultats montrent que les interactions soufre/carbone dépendent peu de la structure du réseau poreux, que les éventuels effets de chimisorption sont négligeables, et que la surface totale accessible au soufre est comparable à celle déterminée par la méthode « classique » d’adsorption d'azote à 77 K. Résultats qui ouvrent la voie à une imprégnation mieux contrôlée des carbones poreux par le soufre pour des cathodes de batteries Li-S aux propriétés optimisées.

Rédacteur : CCdM