Продолжаются исследования и эксперименты по поиску новых и лучших батарей, которые являются устойчивыми, безопасными и стабильными. В одной из таких попыток исследователи обнаружили стабильную и безопасную литий-сульфидную батарею, которую можно складывать и даже разрезать пополам.
Исследовательская группа из Китайского университета электронной науки и техники успешно создала литиевые батареи на основе сульфидов переходных металлов. Исследователи покрыли катоды из сульфида железа полимерами, что обеспечило стабильную работу и высокую безопасность. После 300 циклов батарея на основе карбида лития и дисульфида железа сохранила около 72.0% емкости . Более того, после 100 циклов деградации емкости в этой литий-серной батарее (Li-S) не наблюдалось.
Удивительно, но ученым удалось сложить и отрезать одну из ячеек батарейного мешка. По словам исследователей, это доказывает, что ячейка является высокобезопасной для практического применения.
Преимущества: Легкая доступность, высокая плотность энергии и низкая стоимость являются преимуществами сульфидов переходных металлов (MSc) конверсионного типа. Эти качества делают их перспективными катодами для литий-ионных батарей (LIB).
Проблемы: MSx имеет проблемы со стабильностью при высоких температурах из-за закрытия полисульфидов. Кроме того, он подвержен значительному объемному расширению и замедленной кинетике реакции.
Предложенные решения: Ранее группа предложила использовать электролит на основе карбонатов для разделения двух электродов: катода из сульфида железа и анода, содержащего металлический литий.
Однако это решение привело к другой проблеме.
Проблема: Исследователи отметили, что несовместимость MSx с электролитами на основе карбонатов является серьезной проблемой для этого типа аккумуляторных батарей. Полисульфиды реагируют с карбонатными растворителями, образуя осадки на поверхности электрода. Это приводит к созданию барьера для переноса заряда, вызывая закупорку электрода и выход батареи из строя.
Решение: Катоды из сульфида железа были покрыты различными полимерами. Это снизило коррозию без влияния на функциональность и возможность перезарядки. В качестве полимеров были выбраны полиакриловая кислота (ПАА), полиэтиленоксид (ПЭО) и полиакриламид (ПАМ), поскольку все они содержат функциональные группы с хелатирующим эффектом.
В другом исследовании был открыт экологически чистый способ производства батарей с использованием полностью сухого синтеза и оксида каменной соли .
В отчете отмечается: «Хелатирующий эффект основан на координации неподеленных электронных пар на атомах кислорода или азота и пустых орбиталях многовалентных переходных металлов».
Электрохимические испытания показали, что полиакриловая кислота (ПАА) продемонстрировала наилучшие результаты, сохранив разрядную емкость электрода после 300 циклов заряда-разряда.
После этого они добавили катод из сульфида железа (FeS2), покрытый PAA, в стабильную и безопасную конструкцию прототипа литий-сульфидной батареи. Конструкция также имеет литий-металлическую фольгу в качестве источника ионов и анод из карбида лития (LiC6). Кроме того, испытание также показало, что не было никакого ухудшения емкости после 100 циклов и даже когда ячейка была сложена или разрезана.
Исследователи также заявили: «Полные элементы LiC6||MoS6 продемонстрировали превосходную стабильность при циклировании в течение 300 циклов с такой же высокой емкостью, как и полуэлемент (Li||MoS6), и та же ситуация наблюдалась и в LiC6||VS4», - заявили они.
