Há pesquisas e experimentos contínuos em andamento para encontrar baterias novas e melhores que sejam sustentáveis, seguras e estáveis. Em uma dessas tentativas, pesquisadores descobriram uma bateria de sulfeto de lítio estável e segura que pode ser dobrada e até cortada ao meio.
Uma equipe de pesquisa da Universidade de Ciência e Tecnologia Eletrônica da China criou com sucesso baterias de lítio baseadas em sulfeto de metal de transição. Os pesquisadores revestiram cátodos de sulfeto de ferro com polímeros, resultando em ciclagem estável e alta segurança. Após 300 ciclos, a célula tipo bolsa de carbeto de lítio e dissulfeto de ferro reteve cerca de 72.0% da capacidade . Além disso, após 100 ciclos, não houve degradação da capacidade dessa bateria de lítio-enxofre (Li-S).
Surpreendentemente, os cientistas conseguiram dobrar e cortar uma das células da bolsa da bateria. De acordo com os pesquisadores, isso prova que a célula é altamente segura para aplicações práticas.
Vantagens: A fácil disponibilidade, a alta densidade energética e o baixo custo são vantagens dos sulfetos de metais de transição do tipo conversão (MSc). Essas qualidades os tornam cátodos promissores para baterias de íon-lítio (LIBs).
Desafios: O MSx apresenta problemas de estabilidade em altas temperaturas devido ao fechamento por polissulfeto. Também enfrenta expansão de volume substancial e cinética de reação lenta.
Soluções: O grupo propôs anteriormente a utilização de um eletrólito à base de carbonato para separar dois eletrodos: um cátodo de sulfeto de ferro e um ânodo contendo lítio metálico.
Entretanto, essa solução resultou em outro problema.
Problema: Os pesquisadores mencionaram que a incompatibilidade do MSx com eletrólitos à base de carbonato é um grande desafio para esse tipo de química de bateria. Os polissulfetos reagem com solventes de carbonato, formando precipitados na superfície do eletrodo. Isso leva à criação de uma barreira para a transferência de carga, causando o bloqueio do eletrodo e a falha da bateria.
Solução: Os cátodos de sulfeto de ferro foram revestidos com diferentes polímeros. Isso reduziu a corrosão sem afetar ou diminuir a funcionalidade e a capacidade de recarga. O ácido poliacrílico (PAA), o óxido de polietileno (PEO) e a poliacrilamida (PAM) foram especificamente utilizados por conterem grupos funcionais com efeito quelante.
Em outra pesquisa, foi descoberta uma produção de baterias ecologicamente corretas a partir de síntese totalmente a seco e óxido de sal-gema .
O relatório menciona: "O efeito de quelação baseia-se na coordenação de pares de elétrons não compartilhados no oxigênio ou nitrogênio e orbitais vazios de metais de transição multivalentes."
Os testes de desempenho eletroquímico mostram que o PAA apresentou o melhor desempenho, mantendo a capacidade de descarga do eletrodo após 300 ciclos de carga e descarga.
Depois disso, eles adicionaram um cátodo de sulfeto de ferro (FeS2) revestido com PAA no protótipo de design de bateria de sulfeto de lítio estável e seguro. O design também tem uma folha de metal de lítio como fonte de íons e um ânodo de carboneto de lítio (LiC6). Além disso, o teste também mostrou que não houve degradação de capacidade após 100 ciclos e mesmo quando a célula foi dobrada ou cortada.
Os pesquisadores também declararam: “As células completas LiC6||MoS6 demonstraram excelente estabilidade de ciclo por 300 ciclos com a mesma alta capacidade da meia célula (Li||MoS6), e a mesma situação também ocorreu em LiC6||VS4”, eles declararam.
