Er zijn voortdurend onderzoeken en experimenten gaande om nieuwe en betere batterijen te vinden die duurzaam, veilig en stabiel zijn. In een dergelijke poging ontdekten onderzoekers een stabiele en veilige lithium-sulfidebatterij die kan worden gevouwen en zelfs in tweeën kan worden gesneden.
Een onderzoeksteam van de Universiteit voor Elektronische Wetenschappen en Technologie van China is erin geslaagd lithiumbatterijen op basis van overgangsmetaalsulfiden te ontwikkelen. De onderzoekers bekleedden ijzersulfide-kathodes met polymeren, wat resulteerde in stabiele cycli en een hoge veiligheid. Na 300 cycli behield de lithiumcarbide-ijzerdisulfide-pouchcel ongeveer 72.0% van zijn capaciteit . Bovendien vertoonde deze lithium-zwavel (Li-S) na 100 cycli geen capaciteitsverlies.
Verrassend genoeg konden wetenschappers een van de batterijzakjescellen vouwen en afsnijden. Volgens de onderzoekers bewijst dit dat de cel zeer veilig is voor praktische toepassingen.
Voordelen: Conversie-type overgangsmetaalsulfiden (MSc) zijn gemakkelijk verkrijgbaar, hebben een hoge energiedichtheid en zijn goedkoop. Deze eigenschappen maken ze veelbelovende kathodes voor lithium-ionbatterijen (LIB's).
Uitdagingen: MSx heeft stabiliteitsproblemen bij hoge temperaturen als gevolg van polysulfide-afzetting. Het kampt ook met aanzienlijke volumetoename en trage reactiekinetiek.
Oplossingen: De groep had eerder voorgesteld om een elektrolyt op basis van carbonaat te gebruiken om twee elektroden te scheiden: een kathode van ijzersulfide en een anode die lithiummetaal bevat.
Deze oplossing leidde echter tot een ander probleem.
Probleem: De onderzoekers gaven aan dat de onverenigbaarheid van MSx met elektrolyten op basis van carbonaten een grote uitdaging vormt voor dit type batterijchemie. Polysulfiden reageren met carbonaatoplosmiddelen, waardoor neerslag op het elektrodeoppervlak ontstaat. Dit leidt tot een barrière voor de ladingsoverdracht, waardoor de elektrode verstopt raakt en de batterij uitvalt.
Oplossing: De ijzersulfidekathodes werden gecoat met verschillende polymeren. Dit verminderde de corrosie zonder de functionaliteit en oplaadbaarheid aan te tasten of te verminderen. Polyacrylzuur (PAA), polyethyleenoxide (PEO) en polyacrylamide (PAM) werden specifiek gebruikt omdat ze alle functionele groepen met een chelerend effect bevatten.
In een ander onderzoek werd een milieuvriendelijke batterijproductie ontdekt op basis van volledig droge synthese en steenzoutoxide .
In het rapport staat: "Het chelatie-effect is gebaseerd op de coördinatie van vrije elektronenparen op zuurstof of stikstof en lege orbitalen van meerwaardige overgangsmetalen."
Elektrochemische prestatietests tonen aan dat PAA het beste presteerde door de ontladingscapaciteit van de elektrode te behouden na 300 laad-ontlaadcycli.
Hierna voegden ze een PAA-gecoate ijzersulfide (FeS2) kathode toe aan het stabiele en veilige Lithium-sulfide batterij prototype ontwerp. Het ontwerp heeft ook een lithium metaalfolie als ionenbron en een lithiumcarbide (LiC6) anode. Verder toonde de test ook aan dat er geen capaciteitsdegradatie was na 100 cycli en zelfs niet toen de cel werd gevouwen of gesneden.
De onderzoekers stelden ook: "Volledige LiC6||MoS6-cellen vertoonden een uitstekende cyclusstabiliteit gedurende 300 cycli met dezelfde hoge capaciteit als de halve cel (Li||MoS6), en dezelfde situatie deed zich ook voor in LiC6||VS4", aldus de onderzoekers.
