Шта је литијум-сумпорна батерија?

Литијум-јонске батерије (ЛиЦо02) су једноелектронска деинтеркалација, док су литијум-сумпорне 8-електронске редокс, па литијум-сумпорне батерије имају теорију да су 7-8 пута већи од капацитета литијум-јонских батерија. Иако су полимерне литијумске батерије широко коришћене у производима од 3Ц, због ограничене густине енергије, односно ограниченог века трајања батерије, морају се често пунити, што је проблематична ствар. Најинтуитивнији осећај је да се након промене паметног телефона сви свакодневно пуне, а чак ни благо за пуњење не напушта државу. Данашњем друштву је потребан нови тип литијум-јонске батерије са ниским трошковима, без загађења, стабилним перформансама, великим специфичним капацитетом и великом густином енергије како би се удовољило потребама дужег века трајања батерије и веће брзине пуњења.

Историја развоја литијум-сумпорних батерија: Литијум-јонске батерије имају историју дужу од 30 година, а литијум-сумпорне батерије су млађе. Хербет и Улам су 1962. године први пут предложили употребу сумпора као катодног материјала и алкалног перхлората као електролита.

Рани литијум-сумпорни систем проучаван је као примарна батерија и чак је једно време комерцијализован, али је касније замењен пуњивим батеријама и стављен на чекање. 2009. године Линда Ф. Назар предложила је литијум-сумпорну секундарну пуњиву батерију на Натуре Материалс-у и користила ЦМК-3 за постизање високог специфичног капацитета од 1320мАх / г. Од тада су литијум-сумпорне батерије заиста отвориле поглавље у развоју.

Принцип литијум-сумпорне батерије: позитивна електрода литијум-сумпорне батерије је сумпор или материјал који садржи сумпор, а негативна електрода је литијум. Просечни напон је 2,1В. У теорији, систем литијум-сумпора (Ли-С) има специфични капацитет од 1672мАх / г и густину енергије од 2600Вх / кг. То је традиционална комерцијална литијум-јонска батерија са ЛиЦо02 као позитивном електродом (теоријски специфични капацитет 273,8мАх / г, густина енергије 360Вх / кг) око 7 пута. У поређењу са обичним литијум-јонским батеријама, природа пражњења литијум-сумпорних батерија није једноставна деинтеркалација литијум-јона, већ редокс процес праћен великим бројем међупродуката. Током процеса пражњења литијум-сумпорне батерије за пражњење, елементарни сумпор реагује са Ли из отвора прстена цикличног С8, а конверзију из дуголанчаног Ли2С8 у кратколанчани Ли2С прате две очигледне платформе за пражњење, високо потенцијално пражњење платформа је 2,45 В - 2,1 В, процес се може сматрати великом количином конверзије С8 у С42 -, а пражњење са малим потенцијалом 2,1 В - 1,7 В, овај процес је велика количина С42 - у С22 - и С2 -. С друге стране, различити степени конверзије такође одговарају различитим капацитетима.

Једначина реакције пражњења је следећа:

Позитивна електрода: С8 {{1}} 16Ли+е- → 8Ли2С

Негативна електрода: Ли → Ли++е-

Укупна реакција: 2Ли + нС → Ли2Сн → Ли2С

Уобичајене литијум-јонске батерије су једноелектронска деинтеркалација, а литијум-сумпорне батерије су 8-електронске редокс, тако да имају 7-8 пута већи теоријски капацитет и густину енергије. Слично традиционалним литијум-јонским батеријама, литијум-сумпорне батерије састоје се од позитивне електроде, негативне електроде, сепаратора, електролита и сепаратора. Стога се литијум-сумпорне батерије сматрају најперспективнијом алтернативом традиционалним литијум-јонским батеријама и постају нови извор енергије за нову генерацију опреме за складиштење енергије.

Материјали сумпорне катоде су кључни фактор који ограничава развој и примену литијум-сумпорних батерија, па се фокусирамо на сумпорне катоде. Тренутно сумпорна катода система литијум-сумпор такође има неколико проблема које треба решити: ефекат шатла, лоша проводљивост и запреминско ширење.

1. Полисулфиди се растварају током процеса пражњења (Ли2Ск, 3 к к 8), што резултира сложеном реакцијом диспропорције и ГГ "ефект шатла ГГ", узрокујући велику количину самопражњења, смањујући Цоуломбову ефикасност и циклус перформансе и узрокује неповратну деградацију капацитета;

2. Проводљивост елементарног сумпора и производа пражњења литијум сулфида је ниска, проводљивост С (5 × 10-30С / цм, 25 ℃), проводљивост Ли2С / Ли2С2 (~ 10-30С / цм), што резултира искоришћење сумпора само око 50-70%.

3. Трансформација из орторомичног α-С (ρ1=2,03г / цм3) у Ли2С са инверзном флуоритном структуром (ρ2=1,66г / цм3) има велико запреминско ширење, уништава структуру електроде и утиче на стабилност циклуса.