Принцип работы литий-серных батарей и существующие проблемы

Литий-серная батарея - это разновидность литиевой батареи. Он использует серу в качестве положительного электрода батареи и своего рода металлический литий в качестве отрицательного электрода батареи. Элементарная сера богата землей и отличается низкой ценой и экологичностью.

Литий-серная батарея введение

Литий-серная батарея - это тип литиевой батареи, в которой элемент серы используется в качестве положительного электрода батареи, а металлический литий - в качестве отрицательного электрода. Элементарная сера богата землей и отличается низкой ценой и экологичностью. Литий-серные батареи, в которых в качестве материала положительного электрода используется сера, имеют более высокую теоретическую удельную емкость и теоретическую энергию батареи, достигая 1675 мАч / г и 2600 Вт · ч / кг соответственно, что намного выше, чем емкость имеющихся в продаже литий-кобальтоксидных аккумуляторов (<150 мА · ч / кг / кг соответственно). грамм). А сера является экологически чистым элементом, не загрязняющим окружающую среду, и представляет собой очень многообещающую литиевую батарею.

Литий-серные батареи с серой в качестве анодного реакционного вещества, катода для лития. Разряд, когда катодная реакция для электрона лития в ион лития, положительная реакция для серы и ионов лития и электронов генерирует сульфид, положительный и отрицательный ответ, обеспечиваемый разностью потенциалов, представляет собой напряжение разряда литиево-серных батарей. Под действием приложенного напряжения положительный и отрицательный электроды литий-серной батареи реагируют в обратном порядке, что и является процессом зарядки. По единице массы элементарной серы, полностью содержащейся в S2 - может обеспечить электрическую серу, можно сделать вывод, что теория качества удельной емкости разряда составляет 1675 мАч / г, то же самое можно сделать вывод, что теоретическое качество элементарного лития удельной емкости разряда составляет 3860 мАч / грамм. Теория разряда литий-серных аккумуляторов напряжением 2,287 В, когда сера и литий превращаются в реакции с образованием сульфида лития (Li2S) в полном объеме. Соответствующая теория качества разряда литий-серных батарей, чем энергия 2600wh / кг.

Ниже мы рассмотрим некоторые характеристики зарядки и разрядки литиевых батарей:

С точки зрения кривой разряда литий-серные батареи представляют собой две платформы разряда, платформу высокого напряжения 2,4 В, платформу низкого напряжения 2,1 В, но емкость очень высокая, легко до + 1000 мАч / г. В процессе много промежуточных продуктов, Li2S8, Li2S6, Li2S4. Эти промежуточные продукты часто не мешают, их наличие для положительного содержания серы приносит много проблем, таких как челночный эффект, растворимость, а конечный продукт - электрические изоляторы. , это снижает скорость кинетики реакции, снижает быстродействие батареи, плотность серы больше, чем у продукта Li2S, то есть Li2S, чем S, более рыхлый накапливается, поэтому расширение объема неизбежно, это также неизбежная проблема.

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.

Проблемы литий-серных батарей

Основные проблемы литиевой батареи: литий-серные соединения растворяются в электролите; Сера как непроводящий материал, электрическая проводимость очень плохая, плохой для батареи высокий коэффициент производительности; Сера в процессе зарядки и разрядки, объемное расширение узкое очень велико, может привести к повреждению аккумулятора.

Во-первых, плохая электронная проводимость и ионная проводимость элементарной серы, серных материалов при комнатной температуре, очень низкая электрическая проводимость (от 5,0 x 10 до 30 с / см), Li2S2 и продукт Li2S также являются электрическими изоляторами. не способствует высокой производительности батареи.

Во-вторых, промежуточный продукт разряда литий-серной батареи растворяется в органическом электролите, увеличивая вязкость электролита и уменьшая ионную проводимость. Ионы полисульфида могут перемещаться между положительным и отрицательным электродами, что приводит к потере активного материала и потере электроэнергии (эффект челнока). Растворенный полисульфид диффундирует через сепаратор к отрицательному электроду и реагирует с отрицательным электродом, разрушая межфазную пленку твердого электролита (пленку SEI) отрицательного электрода.

В-третьих, литий-серные батареи разряжают продукт Li2Sn (n = 1 ~ 2) электронной изоляции и не растворяется в электролите, осажденном на поверхности токопроводящего каркаса; Часть сульфида лития из проводящего каркаса, ни в коем случае не процесс зарядки обратимой реакции в серу или полисульфид более высокого порядка, вызвала большое ослабление емкости.

В-четвертых, плотность серы и сульфида лития составляла 2,07 и 1,66 г · см - 3, в процессе зарядки и разрядки составляет до 79% от объема расширения / сжатия, это расширение приведет к положительным изменениям морфологии и структура, вызванная серой и проводящим каркасом, в результате чего мощность затухания; Эффект громкости под кнопочными батареями не был значительным, но при большом объеме эффект будет усилен в батарее, будет иметь значительное ослабление емкости, может вызвать повреждение батареи, огромное изменение объема конструкции электрода будет разрушено.

В-пятых, в литий-серной батарее в качестве отрицательного электрода используется металлический литий. Помимо высокой активности самого металлического лития, металлический литиевый отрицательный электрод претерпевает изменение объема во время зарядки и разрядки, и дендриты легко образуются.

В-шестых, проводятся исследования в лабораторном масштабе литий-серных аккумуляторов. Содержание серы на единицу площади обычно ниже 3,0 мг · см-2. Исследования полярных спектрометров с высокой нагрузкой имеют большое значение для получения высокопроизводительных литий-серных батарей.

Страница содержит содержимое машинного перевода.