Kas yra ličio sieros baterija?

Ličio jonų baterijos (LiCo02) yra vieno elektrono deinterkalacija, o ličio sieros baterijos yra 8 elektronų redoksas, todėl ličio sieros baterijos turi teoriją, kad jos yra 7–8 kartus didesnės už ličio jonų baterijų talpą. Nors polimerinės ličio baterijos buvo plačiai naudojamos „3C“ gaminiuose, tačiau dėl riboto energijos tankio, tai yra dėl riboto akumuliatoriaus veikimo laiko, jas reikia dažnai įkrauti, o tai kelia nerimą. Pats intuityviausias jausmas yra tas, kad pakeitus išmanųjį telefoną visi kraunasi kiekvieną dieną, ir net įkrovimo lobis neišeina iš valstybės. Šiuolaikinei visuomenei reikalingi naujo tipo ličio jonų akumuliatoriai, turintys mažą kainą, be taršos, stabilų veikimą, didelius specifinius pajėgumus ir didelį energijos tankį, kad patenkintų ilgesnio akumuliatoriaus veikimo ir greitesnio įkrovimo greičio poreikius.

Ličio sieros baterijų kūrimo istorija: Ličio jonų baterijos turi daugiau nei 30 metų istoriją, o ličio sieros baterijos yra jaunesnės. 1962 m. Herbetas ir Ulamas pirmą kartą pasiūlė naudoti sierą kaip katodo medžiagą ir šarminį perchloratą kaip elektrolitą.

Ankstyvoji ličio sieros sistema buvo tiriama kaip pagrindinė baterija ir tam tikrą laiką buvo komercializuota, tačiau vėliau ji buvo pakeista įkraunamomis baterijomis ir atidėta. 2009 m. Linda F. Nazar pasiūlė ličio sieros antrinę įkraunamą bateriją „Nature Materials“ ir panaudojo CMK-3, kad pasiektų aukštą savitąją galią - 1320mAh / g. Nuo to laiko ličio sieros akumuliatoriai tikrai atvėrė skyrių.

Ličio sieros akumuliatoriaus principas: teigiamas ličio sieros akumuliatoriaus elektrodas yra sieros arba sieros turinčios medžiagos, o neigiamas - ličio. Vidutinė įtampa yra 2,1 V. Teoriškai ličio sieros sistemos (Li-S) savitasis pajėgumas yra 1672mAh / g, o energijos tankis - 2600Wh / kg. Tai tradicinė komercinė ličio jonų baterija, kurios teigiamasis elektrodas yra LiCo02 (teorinė savitoji talpa 273,8mAh / g, energijos tankis 360Wh / kg) maždaug 7 kartus. Lyginant su įprastomis ličio jonų baterijomis, ličio sieros baterijų išsikrovimo pobūdis nėra paprastas ličio jonų deinterkalavimas, bet redokso procesas, lydimas daugybės tarpinių produktų. Ličio sieros iškrovos akumuliatoriaus iškrovimo proceso metu elementinė siera reaguoja su Li nuo ciklinio S8 žiedo angos, o pertvarkant iš ilgos grandinės Li2S8 į trumposios grandinės Li2S, yra dvi akivaizdžios iškrovimo platformos - didelis potencialus iškrovimas platforma yra 2,45 V - 2,1 V, procesą galima laikyti dideliu kiekiu S8 į S42 - konversija, o mažo potencialo iškrovimas yra 2,1 V - 1,7 V, šis procesas yra didelis S42 kiekis į S22 ir S2 -. Kita vertus, skirtingi konversijos laipsniai taip pat atitinka skirtingą talpą.

Išmetimo reakcijos lygtis yra tokia:

Teigiamas elektrodas: S8 {{1}} 16Li+e- → 8Li2S

Neigiamas elektrodas: Li → Li++e-

Bendra reakcija: 2Li + nS → Li2Sn → Li2S

Paprastos ličio jonų baterijos yra vieno elektrono deinterkalacija, o ličio-sieros baterijos yra 8 elektronų redoksas, taigi jos turi 7-8 kartus didesnę teorinę galią ir energijos tankį. Panašiai kaip ir tradicinės ličio jonų baterijos, ličio sieros baterijos susideda iš teigiamo elektrodo, neigiamo elektrodo, separatoriaus, elektrolito ir separatoriaus. Todėl ličio sieros baterijos yra laikomos perspektyviausia alternatyva tradicinėms ličio jonų baterijoms ir tampa nauju energijos šaltiniu naujos kartos energijos kaupimo įrangai.

Sieros katodo medžiagos yra pagrindinis veiksnys, ribojantis ličio sieros baterijų kūrimą ir naudojimą, todėl mes sutelkiame dėmesį į sieros katodus. Šiuo metu ličio-sieros sistemos sieros katodas taip pat turi keletą problemų, kurias reikia išspręsti: šaudymo efektą, blogą laidumą ir tūrio išplėtimą.

1. Išmetimo proceso metu polisulfidai ištirpsta (Li2Sx, 3 ＜ x ＜ 8), sukeldami sudėtingą neproporcingumo reakciją ir sukeldami daug GG; šaudyklinis efektas". našumas ir negrįžtamas pajėgumų blogėjimas;

2. Elementinės sieros ir išleidimo produkto ličio sulfido laidumas yra mažas, S laidumas (5 × 10-30S / cm, 25 ℃), Li2S / Li2S2 laidumas (~ 10-30S / cm), todėl tik sieros panaudojimas Apie 50–70 proc.

3. Transformacija iš ortorombinės α-S (ρ1=2,03g / cm3) į atvirkštinės fluorito struktūros Li2S (ρ2=1,66g / cm3) turi didelį tūrio išsiplėtimą, ardo elektrodo struktūrą ir veikia ciklo stabilumą.