Kaj je litij-žveplova baterija?

Litij-ionske baterije (LiCo02) so enoelektronska deinterkalacija, litij-žveplove pa 8-elektronske redoks, zato imajo litij-žveplene teorije teorijo, da so 7-8-krat večja od zmogljivosti litij-ionskih baterij. Čeprav se polimerne litijeve baterije pogosto uporabljajo v izdelkih 3C, jih je treba zaradi omejene gostote energije, torej omejene življenjske dobe baterije, pogosto polniti, kar je težavno. Najbolj intuitiven občutek je, da po zamenjavi pametnega telefona vsi polnijo vsak dan in tudi polnilni zaklad ne zapusti države. Današnja družba potrebuje novo vrsto litij-ionskih baterij z nizkimi stroški, brez onesnaževanja, stabilno zmogljivostjo, veliko specifično zmogljivostjo in visoko energijsko gostoto, da zadosti potrebam po daljši življenjski dobi baterije in hitrejši hitrosti polnjenja.

Zgodovina razvoja litij-žveplovih baterij: Litij-ionske baterije imajo več kot 30 let zgodovine, litij-žveplene baterije pa so mlajše. Leta 1962 sta Herbet in Ulam prvič predlagala uporabo žvepla kot katodnega materiala in alkalnega perklorata kot elektrolita.

Zgodnji litij-žveplov sistem so preučevali kot primarno baterijo in ga celo nekaj časa komercializirali, kasneje pa so ga zamenjali z akumulatorji in ga zadržali. Leta 2009 je Linda F. Nazar predlagala litij-žveplovo sekundarno polnilno baterijo na Nature Materials in uporabila CMK-3 za doseganje visoke specifične zmogljivosti 1320 mAh / g. Od takrat so litij-žveplene baterije resnično odprle poglavje v razvoju.

Načelo litij-žveplove baterije: pozitivna elektroda litij-žveplove baterije je žveplo ali material, ki vsebuje žveplo, negativna elektroda pa je litij. Povprečna napetost je 2,1V. Teoretično ima litij-žveplov sistem (Li-S) specifično zmogljivost 1672mAh / g in gostoto energije 2600Wh / kg. To je tradicionalna komercialna litij-ionska baterija z LiCo02 kot pozitivno elektrodo (teoretična specifična zmogljivost 273,8 mAh / g, energijska gostota 360 Wh / kg) približno 7-krat. V primerjavi z navadnimi litij-ionskimi baterijami narava praznjenja litij-žveplovih baterij ni preprosta deinterkalacija litij-ionskih baterij, ampak redoks postopek, ki ga spremlja veliko število vmesnih produktov. Med postopkom praznjenja litij-žveplovega praznilnega akumulatorja elementarno žveplo reagira z Li iz odprtine obroča cikličnega S8, pretvorbo iz dolgoveričnega Li2S8 v kratkoverični Li2S pa spremljata dve očitni izpustni platformi, visoko potencialni izpust platforma je 2,45 V - 2,1 V, postopek lahko štejemo za veliko količino pretvorbe S8 v S42 - in izpust z majhnim potencialom je 2,1 V - 1,7 V, ta postopek je velika količina S42 - v S22 - in S2 -. Po drugi strani pa različne stopnje pretvorbe ustrezajo tudi različnim kapacitivnostim.

Enačba reakcije praznjenja je naslednja:

Pozitivna elektroda: S8 {{1}} 16Li+e- → 8Li2S

Negativna elektroda: Li → Li++e-

Skupna reakcija: 2Li + nS → Li2Sn → Li2S

Navadne litij-ionske baterije so enoelektronska deinterkalacija, litij-žveplene pa 8-elektronske redoks, zato imajo 7-8-krat večjo teoretično zmogljivost in gostoto energije. Podobno kot pri tradicionalnih litij-ionskih baterijah so tudi litij-žveplene baterije sestavljene iz pozitivne elektrode, negativne elektrode, separatorja, elektrolita in separatorja. Zato litij-žveplene baterije veljajo za najbolj obetavno alternativo tradicionalnim litij-ionskim baterijam in postajajo nov vir energije za novo generacijo opreme za shranjevanje energije.

Materiali žveplove katode so ključni dejavnik, ki omejuje razvoj in uporabo litij-žveplenih baterij, zato se osredotočamo na žveplove katode. Trenutno ima žveplova katoda litij-žveplovega sistema tudi več težav, ki jih je treba rešiti: učinek šatla, slaba prevodnost in volumska širitev.

1. Polisulfidi se med postopkom praznjenja raztopijo (Li2Sx, 3 x x 8), kar povzroči zapleteno reakcijo nesorazmerja in&"; učinek shuttle GG"; zmogljivosti in povzroča nepovratno poslabšanje zmogljivosti;

2. Prevodnost elementarnega žvepla in izpustnega litijevega sulfida je nizka, prevodnost S (5 × 10-30S / cm, 25 ℃), prevodnost Li2S / Li2S2 (~ 10-30S / cm), kar ima za posledico izkoristek žvepla le približno 50-70%.

3. Preoblikovanje iz ortorombičnega α-S (ρ1=2,03 g / cm3) v Li2S z inverzno strukturo fluorita (ρ2=1,66 g / cm3) ima veliko volumsko ekspanzijo, uniči strukturo elektrode in vpliva na stabilnost cikla.