Développement écoresponsable d’une batterie graphène-soufre

Description

Les dispositifs de stockage de l’énergie occuperont une place prépondérante dans le processus de transformation énergétique et serviront de moteurs technologiques pouvant assurer une transition réaliste vers une réduction massive des gaz à effets de serre.

Les dispositifs actuels de stockage d’énergies (batteries au Pb, Li-ion, Ni-Cd, etc.) sont toutefois chargés d’ingrédients toxiques et coûteux, en particulier d’éléments lourds, et sont produits à l’aide de procédés énergivores nécessitant souvent des éléments ayant de faibles abondances dans la croûte terrestre.

Par conséquent, il existe un besoin de plus en plus urgent pour développer de nouvelles générations de batteries performantes pouvant être fabriquées de manière écoresponsable avec des matériaux légers, abondants et peu dommageables pour l’environnement. Cette proposition mise sur la découverte récente d’un matériau, le graphène-soufre (GS), et vise à élaborer
un programme de recherche original sur le stockage d’énergie avec ce composé.

L’objectif principal est de développer les connaissances sur les propriétés redox du GS lithié et de créer un prototype de batterie avec des électrodes de GS selon une architecture standard semblable à celle des dispositifs Li-ion rechargeables et dotées d’électrodes de travail séparées par un électrolyte liquide ou polymère.

Il existe un bon nombre de travaux sur les batteries Li-S, car celles-ci démontrent des avantages importants pour le stockage d’énergie. La batterie Li-S rencontre toutefois des problèmes importants de stabilité liés à la solubilité du soufre lithié dans l’électrolyte de la batterie. Malgré plusieurs

années de recherche, il n’existe jusqu’ici aucune solution viable à ces problèmes de stabilité. L’aspect original de ce projet repose sur l’usage du GS comme agent stabilisant des complexes de soufre lithié. En stabilisant l’électrode avec du GS, il sera possible de maintenir les avantages reconnus de batteries Li-S tout en réglant les problèmes de stabilité liés au soufre. Étant donné l’abondance des éléments de composition du GS (C et S) et l’impact minime de la synthèse du GS sur l’environnement, l’atteinte des objectifs de ce projet permettra d’entrevoir la fabrication de batteries lithium-ion peu coûteuses, transportables et largement fondées sur l’utilisation de matériaux dérivés de manière durable à partir de sources naturelles facilement disponibles.

Équipe de recherche

Alain Rochefort, Département de génie physique, Polytechnique Montréal (chercheur principal)
Richard Martel, Département de chimie, Université de Montréal
Mickaël Dollé, Département de chimie, Université de Montréal