Électrolytes sûrs pour les batteries lithium-soufre à haute énergie

Les batteries lithium-soufre (LSBs) sont considérées comme l'un des candidats les plus prometteurs pour les systèmes de stockage d'énergie de la prochaine génération. Parmi tous les matériaux d'électrode positive existants, le soufre possède l'une des capacités spécifiques théoriques les plus élevées, atteignant 1675 mAh g-1, et il s'agit d'une ressource naturelle respectueuse de l'environnement. En outre, au niveau de la cellule, le couplage du lithium métallique et du soufre permet d'obtenir une énergie spécifique théorique de 2 600 Wh kg-1, ce qui surpasse les batteries lithium-ion traditionnelles. Malgré leur potentiel, le développement des LSBs est confronté à des défis intrinsèques, notamment la nature isolante du soufre, les problèmes liés au sulfure de lithium comme produit final, l'« effet de navette » causé par les intermédiaires solubles du polysulfure, la formation de dendrites de lithium, ainsi que les problèmes de sécurité liés à l'inflammabilité et aux fuites possibles des électrolytes liquides organiques traditionnels, ce qui limite la commercialisation des LSBs. Dans cette thèse, les électrolytes quasi solides polymères (PQSSE) ont attiré l'attention pour leur potentiel à agir comme une barrière physique ou chimique contre la migration du polysulfure, la suppression de la croissance de la dendrite de lithium, et leur haute résistance à la flamme. En outre, les PQSSE se distinguent par leur sécurité et leur flexibilité accrues par rapport à d'autres types d'électrolytes à l'état solide. Cette thèse se concentre sur la fabrication optimisée de cathode VACNTs@S et sur la synthèse de quatre types d'électrolytes polymères potentiels par polymérisation et réticulation. Diverses stratégies de synthèse, y compris les approches in-situ et ex-situ, ont été explorées pour évaluer leur impact sur les performances des LSBs. De plus, les électrolytes à l’état gélifié et les électrolytes solides sous forme de membrane ont été comparés afin d’évaluer leur compatibilité avec la cathode nanostructurée VACNTs@S.