Kas ir litija sēra akumulators?

Litija-jonu baterijas (LiCo02) ir viena elektronu deinterkalācija, bet litija-sēra baterijas ir 8 elektronu redoks, tāpēc litija-sēra baterijas ir teorija, ka tie ir 7-8 reizes lielāka par jaudu litija-jonu baterijas. Lai gan polimēra litija baterijas ir plaši izmantotas 3C produktos, ņemot vērā ierobežoto enerģijas blīvumu, tas ir, ierobežoto akumulatora darbības laiku, tie ir jāuzlādē bieži, kas ir apgrūtinoša lieta. Intuitīvākā sajūta ir tā, ka pēc smart tālruņa maiņas visi iekasē katru dienu, un pat uzlādes dārgumu neatstāj valsti. Mūsdienu sabiedrībai ir nepieciešams jauna veida litija jonu akumulators ar zemām izmaksām, bez piesārņojuma, stabilu veiktspēju, lielu īpatnējo jaudu un lielu enerģijas blīvumu, lai apmierinātu ilgāka akumulatora darbības laika un ātrāka uzlādes ātruma vajadzības.

Litija-sēra bateriju attīstības vēsture: Litija jonu akumulatori ir bijusi vairāk nekā 30 gadus, un litija-sēra baterijas ir jaunāki. In 1962, Herbet un Ulam vispirms ierosināja izmantot sēru kā katoda materiālu un sārmainu perhlorātu kā elektrolītu.

Agrīnā litija-sēra sistēma tika pētīta kā primārais akumulators un pat komercializēti uz laiku, bet vēlāk to aizstāja ar uzlādējamām baterijām un aizturēts. 2009. gadā Linda F. Nazar ierosināja litija-sēra sekundāro uzlādējamo bateriju dabas materiāliem un izmantoja CMK-3, lai sasniegtu augstu īpatnējo jaudu 1320mAh/g. Kopš tā laika, litija-sēra baterijas ir patiesi atvēra nodaļu attīstībā.

Litija-sēra akumulatora princips: litija-sēra akumulatora pozitīvais elektrods ir sērs vai sēru saturoša materiāla, un negatīvais elektrods ir litijs. Vidējais spriegums ir 2,1 V. Teorētiski litija-sēra sistēmas (Li-S) īpatnējā jauda ir 1672mAh/g un enerģijas blīvums 2600Wh/kg. Tas ir tradicionāls komerciāls litija jonu akumulators ar LiCo02 kā pozitīvs elektrods (teorētiskā īpatnējā ietilpība 273.8mAh/g , Enerģijas blīvums 360Wh/kg) aptuveni 7 reizes. Salīdzinot ar parastajiem litija jonu akumulatoriem, litija-sēra bateriju izlādes raksturs nav vienkāršs litija jonu deinterkalācija, bet redoks process kopā ar lielu skaitu starpproduktu. Litija-sēra izlādes akumulatora izlādes procesa laikā elementārais sērs reaģē ar Li no ciklisko S8 gredzena atveres, un pāreja no garās ķēdes Li2S8 uz īsas ķēdes Li2S ir pievienota divām acīmredzamām izlādes platformām, augstas potenciālās izlādes platforma ir 2.45V-- 2.1V, process var uzskatīt par lielu summu S8 uz S42-konversijas, un zema potenciāla izlāde ir 2.1V-1.7V, šis process ir daudz S42- uz S22- un S2-. No otras puses, dažādi konversijas grādi atbilst arī dažādiem kapacitātes.

Izvades reakcijas vienādojums ir šāds:

Pozitīvs elektrods: S8+16Li+e-→8Li2S

Negatīvs elektrods: Li→Li++e-

Kopējā reakcija: 2Li+nS→Li2Sn→Li2S

Parastās litija jonu baterijas ir viena elektronu deinterkalācija, un litija-sēra baterijas ir 8-elektronu redox, tāpēc tie ir 7-8 reizes teorētisko jaudu un enerģijas blīvumu. Līdzīgi tradicionālajām litija jonu baterijām litija-sēra baterijas sastāv no pozitīva elektroda, negatīva elektroda, separatora, elektrolīta un separatora. Tāpēc litija-sēra baterijas tiek uzskatītas par daudzsološāko alternatīvu tradicionālajām litija jonu baterijām un kļūst par jaunu enerģijas avotu jaunas paaudzes enerģijas uzkrāšanas iekārtām.

Sēra katoda materiāli ir galvenais faktors, kas ierobežo litija-sēra bateriju attīstību un pielietojumu, tāpēc mēs koncentrējamies uz sēra katodiem. Pašlaik litija-sēra sistēmas sēra katods ir arī vairākas problēmas, kas jāatrisina: atspole efekts, slikta vadītspēja, un apjoma paplašināšanos.

1. Polisulfīdi izšķīst izlādes procesā (Li2Sx, 3<><8), kā="" rezultātā="" rodas="" kompleksa="" disproporcionācijas="" reakcija="" un="" "atspoles="" efekts",="" izraisot="" lielu="" pašnovērtējuma="" daudzumu,="" samazinot="" kulombu="" efektivitāti="" un="" cikla="" veiktspēju="" un="" izraisot="" neatgriezenisku="" jaudas="">

2. Vadītspēja elementārā sēra un izplūdes produktu litija sulfīds ir zems, vadītspēja S (5 × 10-30S/cm, 25 ° C), vadītspēja Li2S/Li2S2 (~ 10-30S/cm), kā rezultātā izmanto sēra tikai par 50-70%.

3. Ortohombiskā α-S (ρ1=2,03g/cm3) pārveidošanai no Li2S ar apgrieztu fluorīta struktūru (ρ2=1,66g/cm3) ir liela tilpuma izplešanās, iznīcina elektrodu struktūru un ietekmē cikla stabilitāti.