Es wird kontinuierlich geforscht und experimentiert, um neue und bessere Batterien zu finden, die nachhaltig, sicher und stabil sind. Bei einem solchen Versuch entdeckten Forscher eine stabile und sichere Lithiumsulfid-Batterie, die gefaltet und sogar halbiert werden kann.
Ein Forschungsteam aus Universität für Elektronikwissenschaft und -technologie von China Die Forscher entwickelten erfolgreich Lithiumbatterien auf Basis von Übergangsmetallsulfiden. Die Eisensulfid-Kathoden wurden mit Polymeren beschichtet, was zu stabilen Zyklen und hoher Sicherheit führte. Nach 300 Zyklen wurde das Lithiumcarbid-Eisendisulfid Pouch-Zelle behielt etwa 72.0 % Kapazität. Darüber hinaus war dieses Lithium-Schwefel (Li-S) nach 100 Zyklen keine Kapazitätsverschlechterung.
Überraschenderweise gelang es Wissenschaftlern, eine der Pouch-Batteriezellen zu falten und abzuschneiden. Laut den Forschern beweist dies, dass die Zelle für praktische Anwendungen sehr sicher ist.
Vorteile: Übergangsmetallsulfide (MSc) vom Konversionstyp zeichnen sich durch ihre leichte Verfügbarkeit, hohe Energiedichte und niedrige Kosten aus. Diese Eigenschaften machen sie zu vielversprechenden Kathoden für Lithium-Ionen-Batterien (LIBs).
Challenges: MSx weist aufgrund der Polysulfid-Abdichtung Stabilitätsprobleme bei hohen Temperaturen auf. Außerdem kommt es zu einer erheblichen Volumenausdehnung und einer trägen Reaktionskinetik.
Solutions: Die Gruppe hatte zuvor die Verwendung eines Elektrolyten auf Carbonatbasis vorgeschlagen, um zwei Elektroden zu trennen: eine Eisensulfidkathode und eine lithiummetallhaltige Anode.
Diese Lösung führte jedoch zu einem anderen Problem.
Problem: Die Forscher erwähnten, dass die Unverträglichkeit von MSx mit carbonatbasierten Elektrolyten eine große Herausforderung für diese Art von Batteriechemie darstellt. Polysulfide reagieren mit Carbonatlösungsmitteln, die Niederschläge auf der Elektrodenoberfläche bilden. Dies führt zur Bildung einer Barriere für den Ladungstransfer, was zu einer Verstopfung der Elektrode und einem Batterieausfall führt.
Lösung: Die Eisensulfid-Kathoden wurden mit verschiedenen Polymeren beschichtet. Dies reduzierte die Korrosion, ohne Funktionalität und Wiederaufladbarkeit zu beeinträchtigen oder zu verschlechtern. Speziell wurden Polyacrylsäure (PAA), Polyethylenoxid (PEO) und Polyacrylamid (PAM) verwendet, da sie alle funktionelle Gruppen mit Chelateffekt enthalten.
In einer anderen Studie umweltfreundliche Batterieproduktion aus Trockensynthese und Steinsalzoxid wurde entdeckt.
Der berichten erwähnt: „Der Chelateffekt basiert auf der Koordination von freien Elektronenpaaren an Sauerstoff oder Stickstoff und leeren Orbitalen mehrwertiger Übergangsmetalle.“
Elektrochemische Leistungstests zeigen, dass PAA die beste Leistung zeigte, indem die Entladekapazität der Elektrode nach 300 Lade-Entlade-Zyklen erhalten blieb.
Anschließend ergänzten sie den stabilen und sicheren Prototyp der Lithiumsulfidbatterie um eine PAA-beschichtete Eisensulfid-Kathode (FeS2). Der Entwurf verfügt außerdem über eine Lithiummetallfolie als Ionenquelle und eine Lithiumkarbid-Anode (LiC6). Der Test zeigte zudem, dass selbst nach 100 Zyklen und selbst beim Falten oder Schneiden der Zelle kein Kapazitätsverlust auftrat.
Die Forscher erklärten außerdem: „LiC6||MoS6-Vollzellen zeigten eine ausgezeichnete Zyklenstabilität für 300 Zyklen mit der gleichen hohen Kapazität wie die Halbzelle (Li||MoS6), und die gleiche Situation trat auch bei LiC6||VS4 auf“, erklärten sie.
