01 Литий-аба батареялары жана литий-күкүрттүү батареялар деген эмне?
① Li-аба батареясы
Литий-аба батареясы оң электрод реактиви катары кычкылтекти жана терс электрод катары металл литийди колдонот.Бул жогорку теориялык энергия тыгыздыгы бар (3500wh / кг), жана анын иш жүзүндө энергия тыгыздыгы 500-1000wh / кг жетиши мүмкүн, бул кадимки литий-иондук батарея системасына караганда алда канча жогору.Литий-аба батареялары оң электроддордон, электролиттерден жана терс электроддордон турат.Суулуу эмес аккумулятордук системаларда учурда реакция газы катары таза кычкылтек колдонулат, ошондуктан литий-аба батареяларын литий-кычкылтек батареялары деп да атоого болот.
1996-жылы, Abraham et al.лабораторияда биринчи суусуз литий-аба аккумуляторун ийгиликтүү чогултту.Андан кийин изилдөөчүлөр ички электрохимиялык реакцияга жана суусуз литий-аба батареяларынын механизмине көңүл бура башташты;2002-жылы, Read et al.литий-аба аккумуляторлорунун электрохимиялык көрсөткүчтөрү электролит эриткичке жана аба катоддук материалдарга көз каранды экендигин аныктады;2006-жылы, Ogasawara et al.Масс-спектрометрди колдонгондо, биринчи жолу Li2O2 кычкылданганы жана заряддоодо кычкылтек бөлүнүп чыкканы далилденген, бул Li2O2нин электрохимиялык кайра кайтарымдуулугун тастыктаган.Ошондуктан, литий-аба батареялары көп көңүл бурулуп, тез өнүгүп келе жатат.
② Литий-күкүрттүү батарея
Литий-күкүрттүү аккумулятор – бул орточо кубаттуулугу 2,15 В болгон орточо кубаттуулугу күкүрттүн (1675 мАч/г) жана литий металлынын (3860 мАч/г) кайтуу реакциясына негизделген экинчи батарея системасы.Анын теориялык энергия тыгыздыгы 2600wh / кг жетиши мүмкүн.Анын чийки заты арзан жана экологиялык жактан таза артыкчылыктарга ээ, ошондуктан анын өнүгүү потенциалы чоң.Литий-күкүрттүү батарейкалардын ойлоп табуусу 1960-жылдары Герберт менен Улам аккумуляторго патент алуу үчүн кайрылышкан.Бул литий-күкүрттүү батареянын прототиби терс электрод материалы катары литий же литий эритмеси, оң электрод материалы катары күкүрт жана алифаттык каныккан аминдерден турган.электролиттин.Бир нече жылдан кийин литий-күкүрттүү аккумуляторлор ПК, DMSO жана DMF сыяктуу органикалык эриткичтерди киргизүү жолу менен жакшыртылып, 2,35-2,5 В батарейкалар алынган.1980-жылдардын аягында эфирлер литий-күкүрттүү батареяларда пайдалуу экени далилденген.Кийинки изилдөөлөрдө эфирге негизделген электролиттердин ачылышы, LiNO3тин электролит кошумчасы катары колдонулушу жана көмүртек/күкүрттүү композиттик оң электроддордун сунушу литий-күкүрттүү батареялардын изилдөө бумуна жол ачты.
02 Литий-аба батареясынын жана литий-күкүрттүү батареянын иштөө принциби
① Li-аба батареясы
Колдонулган электролиттин ар кандай абалына ылайык, литий-аба батареялары суулуу системаларга, органикалык системаларга, суу-органикалык гибриддик системаларга жана бардык катуу абалдагы литий-аба батареяларына бөлүнөт.Алардын ичинен сууга негизделген электролиттерди колдонуу менен литий-аба аккумуляторлорунун салыштырмалуу сыйымдуулугу төмөн болгондуктан, литий-металлдарды коргоодогу кыйынчылыктар жана системанын кайра кайтарымдуулугу начар болгондуктан, суусуз органикалык литий-аба батареялары жана бардык катуу абалдагы литий-аба азыркы учурда батарейкалар көбүрөөк колдонулат.Изилдөө.Суулуу эмес литий-аба батареялары биринчи жолу 1996-жылы Авраам жана З.Цзян тарабынан сунушталган. Заряддоо реакциясынын теңдемеси 1-сүрөттө көрсөтүлгөн. Заряддоо реакциясы тескерисинче.Электролит негизинен органикалык электролит же катуу электролит колдонот, ал эми разряд продуктусу негизинен Li2O2 болуп саналат, продукт электролитте эрибейт жана литий-аба батареясынын разряддык кубаттуулугуна таасир этүүчү абадагы оң электроддо оңой чогулат.
Литий-аба батареялары өтө жогорку энергия тыгыздыгы, экологиялык жактан таза жана арзан баанын артыкчылыктарына ээ, бирок алардын изилдөөлөрү али башталгыч баскычта жана дагы эле көптөгөн көйгөйлөр бар, мисалы, кычкылтекти азайтуу реакциясынын катализи, аба электроддорунун кычкылтек өткөрүмдүүлүгү жана гидрофобдугу, аба электроддорунун деактивациясы ж.б.
② Литий-күкүрттүү батарея
Литий-күкүрттүү батареялар, негизинен, батареянын оң электрод материалы катары элементардык күкүрт же күкүрт негизделген кошулмаларды колдонушат, ал эми металлдык литий негизинен терс электрод үчүн колдонулат.Разряд процессинде терс электроддо жайгашкан металл литий кычкылданат, электронду жоготуп, литий иондорун пайда кылат;анда электрондор тышкы чынжыр аркылуу оң электродго өтөт, ал эми пайда болгон литий иондору да электролит аркылуу оң электродго өтүп, күкүрт менен реакцияга кирип, полисульфид пайда болот.Литий (LiPSs), андан кийин разряд процессин аяктоо үчүн литий сульфиди пайда кылуу үчүн реакцияга кирет.Заряддоо процессинде ЛиПСтеги литий иондору электролит аркылуу терс электродго кайтып келет, ал эми электрондор литий иондору менен литий металлын пайда кылуу үчүн тышкы чынжыр аркылуу терс электродго кайтып келишет, ал эми LiPSтер оң электроддо күкүрткө чейин кыскартылат. заряддоо процесси.
Литий-күкүрттүү аккумуляторлордун разряд процесси негизинен күкүрт катодунда көп баскычтуу, көп электрондуу, көп фазалуу татаал электрохимиялык реакция болуп саналат жана заряд-разряд процессинде чынжыр узундугу ар кандай болгон LiPSs бири-бирине айланат.Разряд процессинде оң электроддо боло турган реакция 2-сүрөттө, ал эми терс электроддогу реакция 3-сүрөттө көрсөтүлгөн.
Литий-күкүрттүү батарейкалардын артыкчылыктары абдан ачык, мисалы, теориялык кубаттуулугу абдан жогору;материалда кычкылтек жок жана кычкылтек эволюциясы реакциясы болбойт, андыктан коопсуздук көрсөткүчтөрү жакшы;күкүрт ресурстары көп жана элементардык күкүрт арзан;экологиялык жактан таза жана уулуулугу аз.Бирок, литий-күкүрттүү батарейкалардын да кээ бир татаал көйгөйлөрү бар, мисалы, литий полисульфидинин шаттл эффектиси;элементардык күкүрттү жана анын разряддык продуктуларын изоляциялоо;чоң көлөмдөгү өзгөрүүлөр маселеси;туруксуз SEI жана литий аноддор менен шартталган коопсуздук көйгөйлөрү;өзүн-өзү разряд кубулушу ж.б.
экинчи батарея системасынын жаңы муун катары, литий-аба батареялары жана литий-күкүрт батарейкалары абдан жогорку теориялык өзгөчө кубаттуулугу баалуулуктарга ээ, жана изилдөөчүлөрдүн жана экинчи батарея рыногунда көп көңүл бурган.Азыркы учурда бул эки батарейка дагы эле көптөгөн илимий-техникалык көйгөйлөргө дуушар болууда.Алар батареяны иштеп чыгуунун алгачкы изилдөө стадиясында.Батареянын катоддук материалынын өзгөчө кубаттуулугунан жана туруктуулугунан тышкары, андан ары өркүндөтүлүшү керек, батареянын коопсуздугу сыяктуу негизги маселелер да тез арада чечилиши керек.Келечекте, батарейкалардын бул эки жаңы түрү дагы эле кеңири колдонуу перспективаларын ачуу үчүн кемчиликтерин жоюу үчүн үзгүлтүксүз техникалык өркүндөтүүгө муктаж.
Посттун убактысы: 07-апрель 2023