Des recherches et des expériences sont en cours pour trouver de nouvelles batteries plus performantes, durables, sûres et stables. Lors de l'une de ces tentatives, des chercheurs ont découvert une batterie au lithium-sulfure stable et sûre, pliable et même sécable en deux.
Une équipe de recherche du Université des sciences et technologies électroniques de Chine Les chercheurs ont réussi à créer des batteries au lithium à base de sulfure de métal de transition. Ils ont recouvert les cathodes de sulfure de fer de polymères, ce qui a permis d'obtenir des cycles stables et une sécurité élevée. Après 300 cycles, le carbure de lithium et le disulfure de fer ont été transformés en cellule de poche conservée autour de 72.0 % de sa capacité. De plus, ce lithium-soufre (Li-S) après 100 cycles, il y avait aucune dégradation de capacité.
Étonnamment, les scientifiques ont réussi à plier et à découper l'une des cellules de la batterie. Selon les chercheurs, cela prouve que cette cellule est hautement sûre pour des applications pratiques.
Avantages : Les sulfures de métaux de transition (MSc) de type conversion présentent l'avantage d'être facilement disponibles, d'offrir une densité énergétique élevée et de réduire leur coût. Ces qualités en font des cathodes prometteuses pour les batteries lithium-ion (LIB).
Défis: Le MSx présente des problèmes de stabilité à haute température en raison de la fermeture des polysulfures. Il est également confronté à une expansion volumique importante et à une cinétique de réaction lente.
Solutions: Le groupe avait précédemment proposé l’utilisation d’un électrolyte à base de carbonate pour séparer 2 électrodes, une cathode en sulfure de fer et une anode contenant du lithium métallique.
Cependant, cette solution a entraîné un autre problème.
Problème: Les chercheurs ont mentionné que l'incompatibilité du MSx avec les électrolytes à base de carbonate constitue un défi majeur pour ce type de chimie de batterie. Les polysulfures réagissent avec les solvants à base de carbonate, ce qui forme des précipités à la surface de l'électrode. Cela crée une barrière au transfert de charge, provoquant le blocage de l'électrode et la défaillance de la batterie.
Solution: Les cathodes en sulfure de fer ont été revêtues de différents polymères. Cela a permis de réduire la corrosion sans affecter ni réduire la fonctionnalité ni la rechargeabilité. L'acide polyacrylique (PAA), le polyoxyde d'éthylène (PEO) et le polyacrylamide (PAM) ont été spécifiquement utilisés, car ils contiennent tous des groupes fonctionnels à effet chélateur.
Dans une autre recherche, un production de batteries écologiques à partir de synthèse entièrement sèche et d'oxyde de sel gemme a été découvert.
Le rapport mentionne : « L’effet de chélation est basé sur la coordination des électrons à doublet non isolé sur l’oxygène ou l’azote et les orbitales vides des métaux de transition multivalents. »
Tests de performance électrochimique montrent que le PAA a obtenu les meilleurs résultats en conservant la capacité de décharge de l'électrode après 300 cycles de charge-décharge.
Ils ont ensuite intégré une cathode en sulfure de fer (FeS2) revêtue de PAA au prototype de batterie lithium-sulfure, stable et sûre. Ce prototype intègre également une feuille de lithium métallique comme source d'ions et une anode en carbure de lithium (LiC6). De plus, le test a montré qu'aucune dégradation de capacité n'était observée après 100 cycles, même après pliage ou découpe de la cellule.
Les chercheurs ont également déclaré : « Les cellules complètes LiC6||MoS6 ont démontré une excellente stabilité de cyclage pendant 300 cycles avec la même capacité élevée que la demi-cellule (Li||MoS6), et la même situation s'est également produite dans LiC6||VS4 », ont-ils déclaré.
