Apakah Bateri Lithium-sulfur?

Bateri lithium-ion (LiCo02) adalah penentuan elektron tunggal, manakala bateri litium-sulfur adalah 8-elektron redox, jadi bateri litium-sulfur mempunyai teori bahawa mereka adalah 7-8 kali kapasiti bateri litium-ion. Walaupun bateri litium polimer telah digunakan secara meluas dalam produk 3C, kerana kepadatan tenaga yang terhad, iaitu, hayat bateri yang terhad, mereka perlu dicas dengan kerap, yang merupakan perkara yang menyusahkan. Perasaan yang paling intuitif ialah selepas menukar telefon pintar, semua orang mengenakan bayaran setiap hari, dan juga khazanah pengecasan tidak meninggalkan negeri ini. Masyarakat hari ini memerlukan jenis baru bateri litium-ion dengan kos yang rendah, tiada pencemaran, prestasi stabil, kapasiti khusus yang besar, dan kepadatan tenaga yang tinggi untuk memenuhi keperluan hayat bateri yang lebih lama dan kelajuan pengecasan yang lebih cepat.

Sejarah pembangunan bateri Lithium-sulfur: Bateri Lithium-ion mempunyai sejarah lebih daripada 30 tahun, dan bateri litium-sulfur lebih muda. Pada tahun 1962, Herbet dan Ulam pertama kali mencadangkan penggunaan sulfur sebagai bahan katod dan perchlorate alkali sebagai elektrolite.

Sistem litium-sulfur awal dikaji sebagai bateri utama dan juga dikomersialkan untuk satu masa, tetapi ia kemudiannya digantikan dengan bateri yang boleh dicas semula dan ditahan. Pada tahun 2009, Linda F. Nazar mencadangkan bateri boleh dicas semula sekunder litium-sulfur pada Bahan Alam, dan menggunakan CMK-3 untuk mencapai kapasiti khusus yang tinggi 1320mAh/g. Sejak itu, bateri litium-sulfur telah benar-benar membuka bab dalam pembangunan.

Prinsip bateri litium-sulfur: elektrod positif bateri litium-sulfur adalah sulfur atau bahan yang mengandungi sulfur, dan elektrod negatif adalah litium. Voltan purata adalah 2.1V. Secara teorinya, sistem litium-sulfur (Li-S) mempunyai kapasiti khusus 1672mAh/g dan kepadatan tenaga 2600Wh/kg. Ia adalah bateri litium ion komersial tradisional dengan LiCo02 sebagai elektrod positif (kapasiti khusus teori 273.8mAh/g , Ketumpatan tenaga 360Wh/kg) kira-kira 7 kali. Berbanding dengan bateri litium-ion biasa, sifat pelepasan bateri litium-sulfur bukanlah penentuan litium ion yang mudah, tetapi proses redox disertai dengan sebilangan besar produk pertengahan. Semasa proses pelepasan bateri pelepasan litium-sulfur, sulfur elemen bertindak balas dengan Li dari pembukaan cincin kitaran S8, dan penukaran dari rantaian panjang Li2S8 kepada li2S rantaian pendek disertai dengan dua platform pelepasan yang jelas, platform pelepasan berpotensi tinggi adalah 2.45V—- 2.1V, proses ini boleh dianggap sejumlah besar S8 hingga S42- penukaran, dan pelepasan berpotensi rendah adalah 2.1V-1.7V, proses ini adalah sejumlah besar S42- ke dalam S22- dan S2-. Sebaliknya, ijazah penukaran yang berbeza juga sepadan dengan kapasiti yang berbeza.

Persamaan tindak balas pelepasan adalah seperti berikut:

Elektrod positif: S8+16Li+e-→8Li2S

Elektrod negatif: Li→Li++e-

Jumlah reaksi: 2Li+nS→Li2Sn→Li2S

Bateri litium-ion biasa adalah penentuan elektron tunggal, dan bateri litium-sulfur adalah 8-elektron redox, jadi mereka mempunyai 7-8 kali kapasiti teori dan kepadatan tenaga. Sama seperti bateri litium-ion tradisional, bateri litium-sulfur terdiri daripada elektrod positif, elektrod negatif, pemisah, elektrolit dan pemisah. Oleh itu, bateri litium-sulfur dianggap sebagai alternatif yang paling menjanjikan kepada bateri litium-ion tradisional dan menjadi sumber tenaga baru untuk generasi baru peralatan penyimpanan tenaga.

Bahan katod sulfur adalah faktor utama yang menyekat pembangunan dan penggunaan bateri litium-sulfur, jadi kami memberi tumpuan kepada katod sulfur. Pada masa ini, katod sulfur sistem litium-sulfur juga mempunyai beberapa masalah yang perlu diselesaikan: kesan ulang-alik, kekelirian yang lemah, dan pengembangan kelantangan.

1. Polysulfides nyahcemar semasa proses pelepasan (Li2Sx, 3<><8), menyebabkan="" reaksi="" tidak="" seimbang="" yang="" kompleks="" dan="" "kesan="" ulang-alik",="" menyebabkan="" sejumlah="" besar="" pelepasan="" diri,="" mengurangkan="" kecekapan="" coulomb="" dan="" prestasi="" kitaran,="" dan="" menyebabkan="" kemerosotan="" kapasiti="" yang="" tidak="" dapat="">

2. Kerelatifan sulfur elemen dan produk pelepasan litium sulfide adalah rendah, kerelatifan S (5× 10-30S/cm, 25°C), kekeliruan Li2S/Li2S2 (~10-30S/cm), menghasilkan penggunaan sulfur sahaja Kira-kira 5%50%.

3. Transformasi dari orthorhombic α-S (ρ1=2.03g/cm3) kepada Li2S dengan struktur fluorit songsang (ρ2=1.66g/cm3) mempunyai pengembangan kelantangan yang besar, memusnahkan struktur elektrod, dan menjejaskan kestabilan kitaran.