Почему литиевая батарея нестабильна?

В настоящее время использование литий-серных аккумуляторов становится все более широким, но иногда их циклическая стабильность неудовлетворительна. Ученые наконец-то нашли ответ на этот вопрос, проведя исследования состава своих электролитов.

Когда вам больше всего нужен мобильный телефон, беспокоитесь ли вы о нем? Что вы делаете, когда водите электромобиль, когда в машине нет электричества? За эти проблемы вам может помочь легкий литий-серный аккумулятор! Его емкость хранения энергии более чем в два раза превышает емкость аккумулятора на полке в супермаркете, но часто нет электричества, а срок службы невелик. Ученые из Объединенного исследовательского центра исследований накопителей энергии (JCESR) и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории обнаружили одну из причин этой проблемы.

Они обнаружили, что соли, используемые в электролите в батарее, имеют большое значение. Когда соль под названием LiTFSI (бис (трифторметилсульфонимид лития)) превращается в электролит батареи, тестовая батарея может работать более 200 раз при сохранении максимального количества заряда и разряда. В литий-серных батареях LiTFSI связывает атомы лития и серы на электродах, но быстро их высвобождает. Напротив, аналогичный электролит имеет более сильную силу связывания с атомами лития и серы и совсем не выделяется. Результат - быстрое снижение производительности батареи; нет энергии после десятков раз работы от аккумулятора.

Одна из проблем электромобилей заключается в том, что водители не хотят застревать между зарядными станциями при длительной поездке по шоссе. Эта озабоченность побудила потребителей покупать автомобили с малым рабочим объемом. Результаты этого исследования добавляют еще один важный фактор в рекомендации по проектированию высокоэнергетических литий-серных батарей.

Чтобы определить влияние электролита на литий-серные батареи, исследовательская группа использовала LiTFSI и LiFSI для соответствующих экспериментов. LiTFSI и LiFSI - очень похожие электролиты, только LiFSI содержит меньше углерода и фтора, чем LiTFSI. Они использовали оборудование молекулярной экологической лаборатории для непрерывного тестирования энергии заряда и разряда батареи и, наконец, исследовали электрод.

Они обнаружили, что в литий-серных батареях, использующих LiTFSI в качестве электролита, атомы лития связаны атомами серы, а сульфид лития (LiSx) образуется на поверхности электрода. Когда в качестве электролита используется LiFSI, образуется сульфат лития (LiSOx). Рассчитав герметичность комбинации двух соединений лития, они обнаружили, что сульфид лития легко разрушается с высвобождением лития. Однако сульфат лития трудно отделить, поэтому виноват кислородный элемент в сульфате лития.

«Комбинируя макроскопический компонентный анализ с моделированием, мы можем увидеть, какие связи легко разрываются и что происходит, если химические связи разрываются». Доктор Цзи-Гуан (Джейсон) Чжан, возглавляющий исследования в Национальной лаборатории, сказал: «Этот процесс позволяет нам определять поведение электролитов, заставляет нас создавать более качественные электролиты и увеличивать продолжительность цикла литий-сера батареи ".

Следующим шагом для исследователей является изучение добавок к электролиту, которые образуют защитный слой на анодной поверхности лития, защищающий его от коррозии.

Страница содержит содержимое машинного перевода.