Meneillään on jatkuvaa tutkimusta ja kokeilua uusien ja parempien akkujen löytämiseksi, jotka ovat kestäviä, turvallisia ja vakaita. Yhdessä tällaisessa yrityksessä tutkijat löysivät vakaan ja turvallisen litiumsulfidiakun, joka voidaan taittaa ja jopa leikata puoliksi.
Kiinan elektroniikan tieteen ja teknologian yliopiston tutkimusryhmä loi onnistuneesti siirtymämetallisulfidipohjaisia litiumakkuja. Tutkijat päällystivät rautasulfidikatodit polymeereillä, mikä johti vakaaseen sykliseen lataukseen ja korkeaan turvallisuuteen. 300 syklin jälkeen litiumkarbidi-rautadisulfidipussikenno säilytti noin 72.0 % kapasiteetistaan. Lisäksi tässä litium-rikki (Li-S) -kennossa ei havaittu kapasiteetin heikkenemistä 100 syklin jälkeen.
Yllättäen tutkijat pystyivät taittamaan ja leikkaamaan yhden akkupussin kennoista. Tutkijoiden mukaan se osoittaa, että solu on erittäin turvallinen käytännön sovelluksiin.
Edut: Konversiotyyppisten siirtymämetallisulfidien (MSc) etuja ovat helppo saatavuus, korkea energiatiheys ja alhaiset kustannukset. Nämä ominaisuudet tekevät niistä lupaavia katodeja litiumioniakuille (LIB).
Haasteet: MSx:llä on stabiiliusongelmia korkeissa lämpötiloissa polysulfidireaktion vuoksi. Se kärsii myös huomattavasta tilavuuden laajenemisesta ja hitaasta reaktiokinetiikasta.
Ratkaisut: Ryhmä ehdotti aiemmin karbonaattipohjaisen elektrolyytin käyttöä kahden elektrodin erottamiseksi, rautasulfidikatodin ja litiummetallia sisältävän anodin.
Tämä ratkaisu johti kuitenkin toiseen ongelmaan.
Ongelma: Tutkijat mainitsivat, että MSx:n yhteensopimattomuus karbonaattipohjaisten elektrolyyttien kanssa on merkittävä haaste tämän tyyppiselle akkukemialle. Polysulfidit reagoivat karbonaattiliuottimien kanssa, mikä muodostaa saostumia elektrodin pinnalle. Tämä johtaa esteen muodostumiseen varauksen siirtymiselle, mikä aiheuttaa elektrodin tukkeutumisen ja akun vikaantumisen.
Ratkaisu: Rautasulfidikatodit päällystettiin erilaisilla polymeereillä. Tämä vähensi korroosiota vaikuttamatta tai vähentämättä toiminnallisuutta ja uudelleenladattavuutta. Polyakryylihappoa (PAA), polyetyleenioksidia (PEO) ja polyakryyliamidia (PAM) käytettiin erityisesti, koska ne kaikki sisältävät kelaatiovaikutuksen omaavia funktionaalisia ryhmiä.
Toisessa tutkimuksessa löydettiin ympäristöystävällinen akun tuotanto täysin kuivasynteesillä ja vuorisuolaoksidilla .
Raportissa mainitaan : ”Kelaatiovaikutus perustuu yksinäisten elektroniparien koordinaatioon hapessa tai typessä ja moniarvoisten siirtymämetallien tyhjissä orbitaaleissa.”
Sähkökemialliset suorituskykytestit osoittavat, että PAA toimi parhaiten säilyttämällä elektrodin purkauskapasiteetin 300 lataus-purkaussyklin jälkeen.
Tämän jälkeen he lisäsivät PAA-pinnoitetun rautasulfidi (FeS2) katodin vakaaseen ja turvalliseen litiumsulfidiakun prototyyppisuunnitteluun. Suunnittelussa on myös litiummetallikalvo ionilähteenä ja litiumkarbidin (LiC6) anodi. Lisäksi testi osoitti myös, että kapasiteetti ei heikentynyt 100 syklin jälkeen eikä edes kennoa taitettaessa tai leikattaessa.
Tutkijat totesivat myös, että "LiC6||MoS6-täyskennot osoittivat erinomaista syklin vakautta 300 syklin ajan samalla suurella kapasiteetilla kuin puolikenno (Li||MoS6), ja sama tilanne tapahtui myös LiC6||VS4:ssä", he totesivat.
