fr.wedoany.com Rapport : L'équipe des académiciens Sun Shigang et du professeur Liao Honggang de l'Université de Xiamen, en collaboration avec l'équipe du professeur Huang Yunhui de l'Université des sciences et technologies de Huazhong, a observé pour la première fois à l'échelle nanométrique, en temps réel, le phénomène de séparation de phase induit par la concentration à l'interface électrode/électrolyte, à l'aide d'un dispositif de microscopie électronique à transmission en phase liquide in situ électrochimique développé en interne. Cette découverte révèle les mécanismes de formation et d'évolution de la couche interfaciale de polysulfure de lithium à haute concentration dans les batteries lithium-soufre. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature.

Les batteries lithium-soufre sont considérées comme un système important pour les batteries de stockage d'énergie à haute densité énergétique de nouvelle génération. Cependant, dans des conditions proches des applications réelles, telles qu'une charge élevée en soufre et un électrolyte pauvre, les mécanismes microscopiques des réactions internes sont restés longtemps difficiles à observer et à expliquer, ce qui a limité l'amélioration de la densité énergétique, des performances de charge rapide et de la stabilité cyclique des batteries. En surmontant les limites des méthodes d'observation traditionnelles, l'équipe de recherche a utilisé la microscopie électronique à transmission en phase liquide in situ électrochimique pour réaliser une imagerie dynamique en temps réel à haute résolution de ces réactions interfaciales.

Les observations ont révélé que, pendant le processus de décharge, le polysulfure de lithium s'enrichit continuellement à l'interface de l'électrode et subit une séparation de phase, formant une couche interfaciale à haute concentration riche en agrégats ioniques. Cela établit deux voies de dépôt du sulfure de lithium : l'une par réaction de transfert de charge à la surface de l'électrode suivie d'un dépôt, et l'autre par transfert de charge dans l'électrolyte suivi d'un dépôt et d'une croissance. Ces deux voies déterminent ensemble l'efficacité et la stabilité de la réaction de conversion du soufre dans les batteries lithium-soufre.

Sur la base de ces découvertes, l'équipe a proposé un plan d'optimisation pour la conception des matériaux et le contrôle de l'interface des batteries lithium-soufre à haute densité énergétique et à charge rapide. Ce plan consiste à établir un équilibre entre la nucléation médiée par la surface et la croissance médiée par la solution en régulant raisonnablement la concentration en polysulfure de lithium, la teneur en soufre et la structure de l'interface de l'électrode, afin de réaliser une conversion efficace du soufre et d'améliorer les performances de la batterie. Cette étude révèle le mécanisme de formation de la couche de dépôt de sulfure de lithium d'épaisseur micrométrique, fournissant une nouvelle base scientifique pour la conception de dispositifs de stockage d'énergie de nouvelle génération à haute densité énergétique, à charge rapide et à longue durée de vie.

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