Le principe de fonctionnement de la batterie Li-S repose sur la réduction du S à la cathode lors de la décharge pour former divers polysulfures qui se combinent avec Li pour finalement produire Li2S et vice versa en charge. La technologie Li-S possède de nombreuses caractéristiques attrayantes, notamment l’abondance naturelle et le faible coût de S ainsi qu’une densité d’énergie théorique élevée (2 500 Wh/kg). Cependant, malgré des décennies de développement, la batterie Li-S n’a pas encore atteint la commercialisation de masse. Plusieurs problèmes inhérents à la chimie Li-S demeurent. Il s’agit de : i) une cinétique de réactions limitée en raison de la nature isolante du soufre et les produits de réduction solides (Li2S et Li2S2) ; ii) une perte de capacité rapide due à la production de divers polysulfures solubles Li2Sn (3 ≤ n ≤ 6) intermédiaires, ce qui donne lieu à une navette redox ; et (iii) une interface Li/électrolyte mal contrôlée.
Plusieurs stratégies ont été explorées pour développer des cathodes avec porosité et structure capables de transport efficace d’électrons vers le S et la capture des polysulfures formés lors de la décharge. L’avancée la plus significative a été faite par Nazar et al. qui ont démontré que les cathodes établies sur des composites nanostructurés de carbone soufre mésoporeux fournissent des capacités réversibles plus élevées et plus soutenues. Le caractère non polaire du carbone limite cependant le piégeage efficace du soufre, d’où son remplacement par des oxydes plus polaires dans un premier temps isolant et ensuite conducteur (Ti4O7), le choix des oxydes pour un piégeage effectif de polysulfures étant rationalisé par leur potentiel redox. Ces aspects seront traités tout autant que l’amélioration de l’interphase Li/électrolyte en présence d’additifs LiNO3 pour combattre la navette redox (polysulfures) ou d’autres moyens d’empêcher la migration des polysulfures vers la négative telle la fonctionnalisation des séparateurs (par ex., graphène fluoré) afin de les piéger.
