नई और बेहतर बैटरियाँ खोजने के लिए निरंतर शोध और प्रयोग चल रहे हैं जो टिकाऊ, सुरक्षित और स्थिर हों। ऐसे ही एक प्रयास में, शोधकर्ताओं ने स्थिर और सुरक्षित लिथियम-सल्फ़ाइड बैटरी की खोज की जिसे मोड़ा जा सकता है और यहाँ तक कि आधे में काटा भी जा सकता है।
चीन के इलेक्ट्रॉनिक्स विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय की एक शोध टीम ने संक्रमण-धातु सल्फाइड आधारित लिथियम बैटरी सफलतापूर्वक विकसित की है। शोधकर्ताओं ने लौह सल्फाइड कैथोड को पॉलिमर से लेपित किया, जिसके परिणामस्वरूप स्थिर चक्रण और उच्च सुरक्षा प्राप्त हुई। 300 चक्रों के बाद, लिथियम कार्बाइड आयरन डाइसल्फाइड पाउच सेल ने लगभग 72.0% क्षमता बरकरार रखी । इसके अलावा, 100 चक्रों के बाद भी इस लिथियम-सल्फर (Li-S) बैटरी की क्षमता में कोई कमी नहीं आई ।
हैरानी की बात यह है कि वैज्ञानिक बैटरी पाउच सेल में से एक को मोड़कर काटने में सफल रहे। शोधकर्ताओं के अनुसार, इससे यह साबित होता है कि यह सेल व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए बेहद सुरक्षित है।
लाभ: रूपांतरण-प्रकार के संक्रमण-धातु सल्फाइड (एमएससी) आसानी से उपलब्ध होते हैं, इनकी ऊर्जा घनत्व अधिक होती है और लागत कम होती है। ये गुण इन्हें लिथियम-आयन बैटरी (एलआईबी) के लिए आशाजनक कैथोड बनाते हैं।
चुनौतियाँ: उच्च तापमान पर पॉलीसल्फाइड शटिंग के कारण MSx में स्थिरता संबंधी समस्याएँ उत्पन्न होती हैं। इसके अलावा, इसमें आयतन में काफी वृद्धि और धीमी अभिक्रिया गति जैसी समस्याएँ भी हैं।
समाधान: समूह ने पहले आयरन सल्फाइड कैथोड और लिथियम धातु युक्त एनोड, इन दो इलेक्ट्रोडों को अलग करने के लिए कार्बोनेट-आधारित इलेक्ट्रोलाइट के उपयोग का प्रस्ताव दिया था।
हालाँकि, इस समाधान के परिणामस्वरूप एक और समस्या उत्पन्न हो गई।
समस्या: शोधकर्ताओं ने बताया कि कार्बोनेट-आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ MSx की असंगति इस प्रकार की बैटरी रसायन विज्ञान के लिए एक बड़ी चुनौती है। पॉलीसल्फाइड कार्बोनेट विलायकों के साथ प्रतिक्रिया करते हैं जिससे इलेक्ट्रोड की सतह पर अवक्षेप बनते हैं। इससे आवेश स्थानांतरण में बाधा उत्पन्न होती है, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रोड अवरुद्ध हो जाता है और बैटरी विफल हो जाती है।
समाधान: आयरन सल्फाइड कैथोड को विभिन्न पॉलिमर से लेपित किया गया। इससे कार्यक्षमता और पुनर्भरण क्षमता को प्रभावित किए बिना संक्षारण कम हो गया। पॉलीएक्रिलिक एसिड (पीएए), पॉलीइथिलीन ऑक्साइड (पीईओ) और पॉलीएक्रिलामाइड (पीएएम) का विशेष रूप से उपयोग किया गया क्योंकि इन सभी में कीलेशन प्रभाव वाले कार्यात्मक समूह मौजूद होते हैं।
एक अन्य शोध में, पूर्णतः शुष्क संश्लेषण और सेंधा नमक ऑक्साइड से पर्यावरण के अनुकूल बैटरी उत्पादन की खोज की गई।
रिपोर्ट में उल्लेख किया गया है, "कीलेशन प्रभाव ऑक्सीजन या नाइट्रोजन पर अकेले इलेक्ट्रॉन युग्मों और बहुसंयोजक संक्रमण धातुओं के खाली कक्षीयों के समन्वय पर आधारित है।"
विद्युत रासायनिक प्रदर्शन परीक्षणों से पता चलता है कि पीएए ने 300 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों के बाद इलेक्ट्रोड की डिस्चार्ज क्षमता को बनाए रखते हुए सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन किया।
इसके बाद, उन्होंने स्थिर और सुरक्षित लिथियम-सल्फाइड बैटरी प्रोटोटाइप डिज़ाइन में PAA-लेपित आयरन सल्फाइड (FeS2) कैथोड जोड़ा। डिज़ाइन में आयन स्रोत के रूप में लिथियम मेटल फ़ॉइल और लिथियम कार्बाइड (LiC6) एनोड भी है। इसके अलावा, परीक्षण से यह भी पता चला कि 100 चक्रों के बाद और सेल को मोड़ने या काटने पर भी क्षमता में कोई गिरावट नहीं आई।
शोधकर्ताओं ने यह भी कहा, "LiC6||MoS6 पूर्ण कोशिकाओं ने आधे सेल (Li||MoS300) के समान उच्च क्षमता के साथ 6 चक्रों के लिए उत्कृष्ट साइक्लिंग स्थिरता का प्रदर्शन किया, और यही स्थिति LiC6||VS4 में भी हुई," उन्होंने कहा।
