Sono in corso continue ricerche ed esperimenti per trovare batterie nuove e migliori che siano sostenibili, sicure e stabili. In uno di questi tentativi, i ricercatori hanno scoperto una batteria al litio-solfuro stabile e sicura che può essere piegata e persino tagliata a metà.
Un team di ricerca dell'Università di Scienze e Tecnologie Elettroniche della Cina ha creato con successo batterie al litio a base di solfuro di metalli di transizione. I ricercatori hanno rivestito i catodi di solfuro di ferro con polimeri, ottenendo cicli di carica/scarica stabili e un'elevata sicurezza. Dopo 300 cicli, la cella a sacchetto di disolfuro di ferro e carburo di litio ha mantenuto circa il 72.0% della capacità . Inoltre, questa batteria litio-zolfo (Li-S) non ha subito alcun degrado della capacità dopo 100 cicli.
Sorprendentemente, gli scienziati sono riusciti a piegare e tagliare una delle celle della batteria a sacchetto. Secondo i ricercatori, ciò dimostra che la cella è altamente sicura per applicazioni pratiche.
Vantaggi: La facile reperibilità, l'elevata densità energetica e il basso costo rappresentano i vantaggi dei solfuri di metalli di transizione di tipo a conversione (MSc). Queste qualità li rendono catodi promettenti per le batterie agli ioni di litio (LIB).
Sfide: MSx presenta problemi di stabilità ad alte temperature a causa della chiusura dei polisolfuri. Inoltre, è soggetto a una notevole espansione di volume e a una cinetica di reazione lenta.
Soluzioni: Il gruppo aveva precedentemente proposto l'utilizzo di un elettrolita a base di carbonato per separare 2 elettrodi, un catodo di solfuro di ferro e un anodo contenente litio metallico.
Questa soluzione però ha comportato un altro problema.
Problema: I ricercatori hanno segnalato che l'incompatibilità di MSx con gli elettroliti a base di carbonati rappresenta una sfida importante per questo tipo di tecnologia delle batterie. I polisolfuri reagiscono con i solventi a base di carbonati, formando precipitati sulla superficie dell'elettrodo. Ciò crea una barriera al trasferimento di carica, causando il blocco dell'elettrodo e il malfunzionamento della batteria.
Soluzione: I catodi di solfuro di ferro sono stati rivestiti con diversi polimeri. Ciò ha ridotto la corrosione senza compromettere la funzionalità e la ricaricabilità. Sono stati utilizzati in particolare acido poliacrilico (PAA), ossido di polietilene (PEO) e poliacrilammide (PAM) poiché contengono tutti gruppi funzionali con effetto chelante.
In un'altra ricerca, è stato scoperto un metodo di produzione di batterie ecocompatibili basato sulla sintesi completamente a secco e sull'ossido di salgemma.
Il rapporto afferma: "L'effetto chelante si basa sul coordinamento degli elettroni di non legame sull'ossigeno o sull'azoto e sugli orbitali vuoti dei metalli di transizione multivalenti".
I test sulle prestazioni elettrochimiche mostrano che il PAA ha ottenuto i risultati migliori mantenendo la capacità di scarica dell'elettrodo dopo 300 cicli di carica-scarica.
Dopo questo, hanno aggiunto un catodo di solfuro di ferro rivestito di PAA (FeS2) nel prototipo di batteria al litio-solfuro stabile e sicuro. Il progetto ha anche un foglio di metallo di litio come sorgente di ioni e un anodo di carburo di litio (LiC6). Inoltre, il test ha anche mostrato che non c'era degradazione della capacità dopo 100 cicli e anche quando la cella è stata piegata o tagliata.
I ricercatori hanno inoltre affermato che "le celle complete LiC6||MoS6 hanno dimostrato un'eccellente stabilità ciclica per 300 cicli con la stessa elevata capacità della mezza cella (Li||MoS6), e la stessa situazione si è verificata anche in LiC6||VS4", hanno affermato.
