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।
से एक शोध टीम चीन के इलेक्ट्रॉनिक्स विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय सफलतापूर्वक संक्रमण-धातु सल्फाइड-आधारित लिथियम बैटरी बनाई। शोधकर्ताओं ने पॉलिमर में आयरन सल्फाइड कैथोड को लेपित किया, जिसके परिणामस्वरूप स्थिर चक्रण और उच्च सुरक्षा हुई। फिर, 300 चक्रों के बाद, लिथियम कार्बाइड आयरन डाइसल्फ़ाइड पाउच सेल ने लगभग 72.0% क्षमता बरकरार रखीइसके अलावा, 100 चक्रों के बाद लिथियम-सल्फर (Li-S) था क्षमता में कोई गिरावट नहीं.
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: उच्च ऊर्जा घनत्व और कम लागत के साथ आसानी से उपलब्ध होने वाले रूपांतरण-प्रकार संक्रमण-धातु सल्फाइड (MSc) के फायदे हैं। ये गुण उन्हें लिथियम-आयन बैटरी (LIBs) के लिए आशाजनक कैथोड बनाते हैं।
चुनौतियां: पॉलीसल्फाइड शटडाउन के कारण उच्च तापमान पर MSx में स्थिरता की समस्या होती है। इसके अलावा, इसमें पर्याप्त मात्रा में विस्तार और सुस्त प्रतिक्रिया गतिजता का भी सामना करना पड़ता है।
समाधान की: समूह ने पहले दो इलेक्ट्रोडों, एक आयरन सल्फाइड कैथोड और एक लिथियम धातु युक्त एनोड को अलग करने के लिए कार्बोनेट-आधारित इलेक्ट्रोलाइट के उपयोग का प्रस्ताव रखा था।
हालाँकि, इस समाधान के परिणामस्वरूप एक और समस्या उत्पन्न हो गई।
समस्या: शोधकर्ताओं ने बताया कि कार्बोनेट-आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ एमएसएक्स की असंगति इस प्रकार की बैटरी रसायन विज्ञान के लिए एक बड़ी चुनौती है। पॉलीसल्फाइड कार्बोनेट सॉल्वैंट्स के साथ प्रतिक्रिया करते हैं जो इलेक्ट्रोड की सतह पर अवक्षेप बनाते हैं। इससे चार्ज ट्रांसफर के लिए अवरोध पैदा होता है, जिससे इलेक्ट्रोड ब्लॉकेज और बैटरी फेल हो जाती है।
उपाय: आयरन सल्फाइड कैथोड को अलग-अलग पॉलिमर से लेपित किया गया था। इससे कार्यक्षमता और पुनर्भरण क्षमता को प्रभावित या कम किए बिना जंग कम हो गई। पॉलीऐक्रेलिक एसिड (PAA), पॉलीइथिलीन ऑक्साइड (PEO), और पॉलीऐक्रेलामाइड (PAM) का विशेष रूप से उपयोग किया गया क्योंकि इन सभी में केलेशन प्रभाव वाले कार्यात्मक समूह होते हैं।
एक अन्य शोध में, ऑल-ड्राई सिंथेसिस और रॉक साल्ट ऑक्साइड से पर्यावरण अनुकूल बैटरी का उत्पादन खोज की थी।
RSI रिपोर्ट उल्लेख है, "कीलेशन प्रभाव ऑक्सीजन या नाइट्रोजन और बहुसंयोजी संक्रमण धातुओं के खाली कक्षाओं पर एकाकी जोड़ी इलेक्ट्रॉनों के समन्वय पर आधारित है।"
विद्युत-रासायनिक प्रदर्शन परीक्षण दिखाया कि PAA ने 300 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों के बाद इलेक्ट्रोड की डिस्चार्ज क्षमता को बनाए रखकर सबसे अच्छा 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।
