Etude des relations entre la structure et les performances électrochimiques de matériaux MoS2-Ketjenblack pour les batteries lithium-soufre ; Comprehensive study of the MoS2-Ketjenblack structure – electrochemical performance relationships in lithium sulfur batteries

Les batteries lithium-soufre (Li-S) sont des technologies de batterie prometteuses pour répondre à la demande croissante de stockage d’énergie. En raison de leur densité d’énergie théorique élevée de 2500 Wh.kg-1 en poids et de 2800 Wh.L-1 en volume [1], elles ont le potentiel de stocker pratiquement 3 fois plus d’énergie que les batteries Li-ion. Cependant, plusieurs défis entravent leur développement commercial. Parmi eux, l’effet de « navette redox » est l’un des principaux inconvénients de la technologie. Cette navette redox consiste en un mouvement d’aller-retour des polysulfures (Li2Sx, 2 < x < 8), composés intermédiaires générés lors de la dissolution du soufre entre les électrodes, entraînant une faible utilisation de soufre actif, une perte d’efficacité coulombique et une rapide dégradation de la capacité électrochimique au cours du temps.Dans la littérature, de nombreuses stratégies ont été proposées pour réduire ce phénomène, allant de l'utilisation de couches passives protectrices du lithium métal (Li), à la fonctionnalisation des séparateurs d'électrolyte, en passant par la conception de nouvelles électrodes positives utilisant des matériaux dont la fonction principale est de capturer efficacement les polysulfures (carbone poreux, structures métallo-organiques, matériaux à base de métaux tels que des oxydes ou des hydroxydes, voire des matériaux sulfures par exemple) [2]. Parmi les solutions proposées, le MoS2 s'est révélé être un bon candidat pour interagir spécifiquement avec les polysulfures [3].Ce projet de thèse est dédié à la conception d'électrodes positives de batteries Li-S, à base de MoS2-Ketenblack (Mo-KB), pour résoudre le phénomène de « navette redox ». Il vise à mieux comprendre les paramètres jouant un rôle dans le mécanisme de capture des polysulfures afin de concevoir des électrodes positive de Mo-KB optimisées pour i) réduire la diffusion des polysulfures et ii) favoriser leur réduction en Li2S.Différents échantillons de Mo-KB ont été synthétisés en veillant à varier la ...