Trwają ciągłe badania i eksperymenty mające na celu znalezienie nowych i lepszych baterii, które są zrównoważone, bezpieczne i stabilne. W jednej z takich prób naukowcy odkryli stabilną i bezpieczną baterię litowo-siarczkową, którą można złożyć, a nawet przeciąć na pół.
Zespół badawczy z Chińskiego Uniwersytetu Nauki Elektronicznej i Technologii z powodzeniem stworzył baterie litowe na bazie siarczku metalu przejściowego. Naukowcy pokryli katody z siarczku żelaza polimerami, co zapewniło stabilny cykl ładowania i wysoki poziom bezpieczeństwa. Po 300 cyklach ogniwo kieszeniowe z węglika litu i dwusiarczku żelaza zachowało około 72.0% pojemności . Co więcej, po 100 cyklach, ogniwo litowo-siarkowe (Li-S) nie uległo degradacji.
Ku zaskoczeniu naukowców udało się złożyć i odciąć jedno z ogniw baterii. Według naukowców dowodzi to, że ogniwo jest wysoce bezpieczne do praktycznych zastosowań.
Zalety: Łatwo dostępna, o wysokiej gęstości energii i niskim koszcie to zalety siarczków metali przejściowych typu konwersyjnego (MSc). Te cechy czynią je obiecującymi katodami do akumulatorów litowo-jonowych (LIB).
Wyzwania: MSx ma problemy ze stabilnością w wysokich temperaturach z powodu zamknięcia polisulfidowego. Cechuje się również znaczną ekspansją objętości i powolną kinetyką reakcji.
Rozwiązania: Grupa zaproponowała wcześniej zastosowanie elektrolitu na bazie węglanu do rozdzielenia dwóch elektrod: katody z siarczku żelaza i anody zawierającej lit.
Jednak rozwiązanie to spowodowało kolejny problem.
Problem: Naukowcy wspomnieli, że brak kompatybilności MSx z elektrolitami węglanowymi stanowi poważne wyzwanie dla tego typu chemii akumulatorów. Polisulfidy reagują z rozpuszczalnikami węglanowymi, tworząc osady na powierzchni elektrody. Prowadzi to do powstania bariery dla transferu ładunku, powodując zablokowanie elektrody i awarię akumulatora.
Rozwiązanie: Katody siarczku żelaza pokryto różnymi polimerami. Zmniejszyło to korozję bez wpływu na funkcjonalność i możliwość ponownego ładowania. Zastosowano kwas poliakrylowy (PAA), tlenek polietylenu (PEO) i poliakrylamid (PAM), ponieważ wszystkie one zawierają grupy funkcyjne o działaniu chelatującym.
W trakcie innych badań odkryto przyjazną dla środowiska metodę produkcji baterii w procesie suchej syntezy z tlenku soli kamiennej .
W raporcie wspomniano, że „efekt chelatowania opiera się na koordynacji elektronów wolnej pary na tlenie lub azocie i pustych orbitali wielowartościowych metali przejściowych”.
Testy wydajności elektrochemicznej wykazały, że PAA działa najlepiej, zachowując pojemność rozładowczą elektrody po 300 cyklach ładowania i rozładowania.
Następnie dodali pokrytą PAA katodę z siarczku żelaza (FeS2) do stabilnego i bezpiecznego prototypu baterii litowo-siarczkowej. Projekt ma również folię litowo-metalową jako źródło jonów i anodę z węglika litu (LiC6). Ponadto test wykazał również, że nie nastąpiła degradacja pojemności po 100 cyklach, nawet gdy ogniwo zostało złożone lub przecięte.
Naukowcy stwierdzili również, że „pełne ogniwa LiC6||MoS6 wykazały doskonałą stabilność cykli przez 300 cykli przy tej samej wysokiej pojemności co półogniwa (Li||MoS6), a taka sama sytuacja miała miejsce w przypadku ogniw LiC6||VS4” – stwierdzili.
