باتری لیتیوم گوگرد چیست؟

باتری های یون لیتیوم (LiCo02) ضد زنگ شدن تک الکترون هستند ، در حالی که باتری های گوگرد لیتیوم ردوکس 8 الکترونی هستند ، بنابراین باتری های لیتیوم گوگرد این تئوری را دارند که 7-8 برابر ظرفیت باتری های لیتیوم یون هستند. اگرچه از باتری های لیتیوم پلیمری به طور گسترده ای در محصولات 3C استفاده شده است ، اما به دلیل تراکم انرژی محدود ، یعنی عمر باتری محدود ، آنها باید مرتباً شارژ شوند ، که این مسئله دردسرساز است. بصری ترین احساس این است که پس از تغییر تلفن هوشمند ، همه افراد هر روز در حال شارژ هستند و حتی گنج شارژ نیز از این کشور خارج نمی شود. جامعه امروز به نوع جدیدی از باتری های لیتیوم یون با هزینه کم ، بدون آلودگی ، عملکرد پایدار ، ظرفیت خاص زیاد و چگالی انرژی بالا برای پاسخگویی به نیازهای باتری بیشتر و سرعت شارژ سریعتر نیاز دارد.

تاریخچه توسعه باتری های لیتیوم گوگرد: باتری های لیتیوم یون بیش از 30 سال سابقه دارند و باتری های لیتیوم گوگرد جوان تر هستند. در سال 1962 ، Herbet و Ulam برای اولین بار استفاده از گوگرد را به عنوان ماده کاتدی و پرکلرات قلیایی را به عنوان الکترولیت پیشنهاد کردند.

سیستم گوگرد لیتیوم اولیه به عنوان یک باتری اولیه مورد مطالعه قرار گرفت و حتی برای مدتی تجاری شد ، اما بعداً باتری های قابل شارژ جایگزین و متوقف شد. در سال 2009 ، Linda F. Nazar یک باتری قابل شارژ ثانویه لیتیوم-گوگرد بر روی Nature Nature پیشنهاد کرد و از CMK-3 برای دستیابی به ظرفیت ویژه بالای 1320mAh / g استفاده کرد. از آن زمان ، باتری های لیتیوم گوگرد واقعاً یک فصل از توسعه را باز کرده اند.

اصل باتری لیتیوم گوگرد: الکترود مثبت باتری لیتیوم گوگرد ماده گوگردی یا گوگردی است و الکترود منفی لیتیوم است. ولتاژ متوسط ​​2.1 ولت است. از نظر تئوری ، سیستم گوگرد لیتیوم (Li-S) دارای ظرفیت ویژه 1672mAh / g و تراکم انرژی 2600Wh / kg است. این یک باتری تجاری لیتیوم یونی با LiCo02 به عنوان الکترود مثبت است (ظرفیت ویژه نظری 273.8mAh / g ، تراکم انرژی 360Wh / kg) حدود 7 برابر. در مقایسه با باتری های لیتیوم یونی ، ماهیت تخلیه باتری های لیتیوم گوگرد ساده ضد عفونی یونی لیتیوم نیست ، بلکه یک فرآیند اکسایش اکسیداسیون با تعداد زیادی از محصولات میانی است. در طول فرآیند تخلیه باتری تخلیه گوگرد لیتیوم ، گوگرد عنصری با لی از واکنش حلقه ای حلقوی S8 واکنش نشان می دهد و تبدیل از Li2S8 با زنجیره بلند به Li2S با زنجیره کوتاه با دو سیستم تخلیه آشکار همراه است ، سیستم عامل 2.45 ولت است - 2.1 ولت ، روند را می توان مقدار زیادی S8 به S42- تبدیل در نظر گرفت ، و تخلیه کم پتانسیل 2.1V-1.7V است ، این فرایند مقدار زیادی S42- به S22- و S2 است - از طرف دیگر ، درجه های مختلف تبدیل نیز با ظرفیت های مختلف مطابقت دارند.

معادله واکنش تخلیه به شرح زیر است:

الکترود مثبت: S8 {{1}} 16Li+e- → 8Li2S

الکترود منفی: Li → Li++e-

واکنش کل: 2Li + nS → Li2Sn → Li2S

باتری های لیتیوم یونی معمولی ضد زنگ شدن تک الکترون هستند و باتری های لیتیوم گوگرد ردوکس 8 الکترون هستند ، بنابراین ظرفیت نظری و تراکم انرژی آنها 7-8 برابر است. مشابه باتری های لیتیوم یونی ، باتری های لیتیوم - گوگرد از الکترود مثبت ، الکترود منفی ، جدا کننده ، الکترولیت و جدا کننده تشکیل شده اند. بنابراین ، باتری های لیتیوم گوگرد به عنوان نویدبخش ترین گزینه برای جایگزینی باتری های لیتیوم یونی در نظر گرفته می شوند و به منبع انرژی جدیدی برای نسل جدید تجهیزات ذخیره انرژی تبدیل می شوند.

مواد کاتدی گوگرد یک عامل کلیدی است که تولید و استفاده از باتری های لیتیوم گوگرد را محدود می کند ، بنابراین ما روی کاتدهای گوگرد تمرکز می کنیم. در حال حاضر ، کاتد گوگردی سیستم لیتیوم-گوگرد همچنین چندین مشکل برای حل دارد: اثر شاتل ، هدایت ضعیف و انبساط حجم.

1. پلی سولفیدها در طی فرآیند تخلیه حل می شوند (Li2Sx ، 3 ＜ x ＜ 8) ، در نتیجه یک واکنش پیچیده عدم تناسب و یک&"اثر شاتل GG" ایجاد می شود ، که باعث مقدار زیادی تخلیه از خود می شود ، بهره وری و چرخه کولن را کاهش می دهد عملکرد و تخریب ظرفیت برگشت ناپذیر

2. هدایت گوگرد عنصری و محصول تخلیه سولفید لیتیوم کم است ، هدایت S (5 × 10-30S / cm ، 25 ℃) ، هدایت Li2S / Li2S2 (-30 10-30S / cm) ، منجر به استفاده از گوگرد فقط حدود 50-70٪.

3. تبدیل از orthorhombic α-S (ρ1=2.03g / cm3) به Li2S با ساختار فلوریت معکوس (ρ2=1.66g / cm3) دارای حجم انبساط زیادی است ، ساختار الکترود را از بین می برد و بر پایداری چرخه تأثیر می گذارد.