Принцип работы зарядки и разрядки литий-серных аккумуляторов

Литий-серная батарея введение

Литий-серные аккумуляторы отличаются от литий-ионных аккумуляторов, топливных элементов, воздушных аккумуляторов и т. Д. Это аккумулятор с наиболее близким принципом и традиционным аккумуляторным принципом. Катодный материал обычно состоит из серы и материалов с высокой проводимостью. В основном потому, что сера сама по себе не является проводящей, желтые и черные точки на приведенном выше рисунке представляют собой смесь серы и углерода, поэтому это означает, что сера в качестве положительного электрода должна быть добавлена с проводящим агентом, и она обладает высокой проводимостью, что снижает сера положительного электрода. Плотность энергии (проводящий агент учитывает вес, но не производит энергию); отрицательный электрод состоит из хлопьев лития, который очень активен. Об отрицательном электроде сказать нечего, но при использовании обратите внимание на безопасность. Высокая активность часто означает, что такая опасность существует; тогда электролит в основном представляет собой некоторые растворы солей лития, электролиты и сложные эфиры, обычно используемые в литий-ионных батареях, литий и сера обычно используются в простых эфирах, это также очень конкретное место, электролит будет контактировать с положительным электродом, тогда он включает сера и растворяется ли в нем непосредственно продукт положительного электрода, что вызывает снижение производительности цикла батареи; и разделитель.

Давайте посмотрим на характеристики заряда и разряда литий-серных батарей:

На кривой разряда можно увидеть две площадки для разряда литий-серных батарей. Платформа высокого напряжения составляет около 2,4 В, а платформа низкого напряжения - около 2,1 В, но емкость очень высока, это легко до 1000 + мАч / г. Вы также можете увидеть это на картинке. В этом процессе есть много промежуточных продуктов: Li2S8, Li2S6, Li2S4. . Эти промежуточные продукты часто мешают, их присутствие создает много проблем для положительного серного электрода, таких как эффект челнока, проблема растворимости, а конечный продукт представляет собой электронный изолятор, который снижает кинетическую скорость реакции, делая батарею Производительность снижается, плотность серы больше, чем у продукта Li2S, то есть Li2S более рыхлый, чем S, поэтому объем неизбежно увеличивается, что также является неизбежной проблемой.

Здесь мы должны понять проблемы, с которыми сталкиваются литий-серные батареи. Текущие исследования в основном сосредоточены на этих вопросах, чтобы достичь высокой плотности энергии, улучшить содержание положительного S, повысить стабильность цикла и безопасность. Кстати, в ходе этого исследования повреждение оборудования действительно велико, и его невозможно повредить.

Принцип работы зарядки и разрядки литий-серных аккумуляторов

В типичной литий-серной батарее обычно используется элементарная сера в качестве положительного электрода и металлическая литиевая пластина в качестве отрицательного электрода. Механизм реакции отличается от механизма ионной деинтеркаляции литий-ионной батареи, но отличается от электрохимического механизма.

В литий-серных батареях сера используется в качестве вещества положительной реакции, а литий - в качестве отрицательного электрода. Когда разряд отрицательный, отрицательный электрод реагирует на литий, и электрон теряет способность стать ионом лития. Положительный электрод реагирует с серой, чтобы реагировать с ионами лития и электронами с образованием сульфида. Разность потенциалов между положительным электродом и отрицательным электродом - это напряжение разряда, обеспечиваемое литий-серной батареей. Под действием приложенного напряжения положительный и отрицательный электроды литий-серной батареи реагируют в обратном порядке, что и является процессом зарядки. Согласно единице массы элементарной серы, полностью измененной на количество электричества, которое может поставлять S2-, теоретический массовый расход серы составляет 1675 мАч / г. Точно так же теоретическая разрядная масса элементарного лития составляет 3860 мАч / г. Теоретическое напряжение разряда литий-серной батареи составляет 2,287 В, когда сера полностью реагирует с литием с образованием сульфида лития (Li2S). Теоретическая удельная энергия разряда соответствующей литий-серной батареи составляет 2600 Втч / кг.

Реакции зарядки и разрядки серного электрода сложны, и по состоянию на 2013 год нет четкого понимания промежуточных продуктов, производимых серным электродом в реакциях зарядки и разрядки. Реакция заряда-разряда литиевого отрицательного электрода и серного положительного электрода показана от формулы (1-1) до формулы (1-4), а процесс разряда серного электрода в основном состоит из двух этапов, соответствующих двум. разгрузочные платформы. Формула (1-2) соответствует цепочечной структуре ионов Sn2- (3 ≤ n ≤ 7) в кольцевой структуре S8 и объединяется с Li + с образованием Li2Sn, что соответствует разряду около 2,4-2,1 В на платформа кривой разгрузки. Цепная структура формулы (1-3), соответствующая иону Sn2-, становится S2- и S22- и объединяется с Li + с образованием Li2S2 и Li2S, что соответствует более длинной платформе разряда около 2,1-1,8 В на кривой разряда. , основная зона разряда литий-серных аккумуляторов. YuanLixia et al. изучал процесс электрохимической реакции серного положительного электрода в литий-серной батарее. Они считают, что диапазон потенциалов 2,5–2,05 В во время разряда соответствует восстановлению элементарной серы с образованием растворимых полисульфидов и полисульфидов, а диапазон потенциалов 2,05–1,5 В соответствует восстановлению растворимого полисульфида с образованием твердой пленки сульфида лития. Он покрывает поверхность проводящей углеродной подложки. Во время зарядки Li2S и Li2S2 в серном электроде окисляются S8 и Sm2- (6 ≤ m ≤ 7) и не могут быть полностью окислены до S8. Реакция зарядки соответствует зарядной платформе около 2,5 ~ 2,4 В на кривой зарядки.

Страница содержит содержимое машинного перевода.