Ce este o baterie litiu-sulf?

Bateriile litiu-ion (LiCo02) sunt deintercalare cu un singur electron, în timp ce bateriile litiu-sulfuroase sunt redox cu 8 electroni, deci bateriile litiu-sulfur au teoria că sunt de 7-8 ori mai multe decât bateriile litiu-ion. Deși bateriile cu litiu polimer au fost utilizate pe scară largă în produsele 3C, datorită densității limitate a energiei, adică durata limitată de viață a bateriei, acestea trebuie încărcate frecvent, ceea ce este un lucru supărător. Sentimentul cel mai intuitiv este că, după schimbarea telefonului inteligent, toată lumea se încarcă în fiecare zi, și chiar și comoara de încărcare nu este de a părăsi statul. Societatea de astăzi are nevoie de un nou tip de baterie litiu-ion cu costuri reduse, fără poluare, performanță stabilă, capacitate specifică mare și densitate energetică ridicată pentru a satisface nevoile unei mai mari de viață a bateriei și ale vitezei de încărcare mai rapide.

Istoria dezvoltării bateriilor litiu-sulf: Bateriile litiu-ion au o istorie de peste 30 de ani, iar bateriile litiu-sulf sunt mai tinere. În 1962, Herbet și Ulam au propus pentru prima dată utilizarea sulfului ca material catodic și a percloratului alcalin ca electrolit.

Sistemul litiu-sulf timpuriu a fost studiat ca o baterie primară și chiar comercializat pentru un timp, dar mai târziu a fost înlocuit cu baterii reîncărcabile și pus în așteptare. În 2009, Linda F. Nazar a propus o baterie reîncărcabilă secundară litiu-sulf pe materiale naturale și a folosit CMK-3 pentru a obține o capacitate specifică ridicată de 1320mAh/g. De atunci, bateriile litiu-sulf au deschis cu adevărat un capitol în dezvoltare.

Principiul bateriei litiu-sulf: electrodul pozitiv al bateriei litiu-sulf este sulf sau material care conține sulf, iar electrodul negativ este litiul. Tensiunea medie este de 2,1 V. În teorie, sistemul litiu-sulf (Li-S) are o capacitate specifică de 1672mAh/g și o densitate energetică de 2600Wh/kg. Este o baterie tradițională comercială litiu-ion cu LiCo02 ca electrod pozitiv (capacitate teoretică specifică 273.8mAh/g , Densitate a energiei 360Wh/kg) de aproximativ 7 ori. În comparație cu bateriile litiu-ion obișnuite, natura descărcării bateriilor litiu-sulf nu este simplă deintercalare litiu-ion, ci un proces redox însoțit de un număr mare de produse intermediare. În timpul procesului de descărcare a bateriei litiu-sulf, sulful elementar reacționează cu Li de la deschiderea inelului ciclic S8, iar conversia de la Li2S8 cu lanț lung la Li2S cu lanț scurt este însoțită de două platforme de descărcare de gestiune evidente, platforma de descărcare cu potențial ridicat este de 2,45V—- 2,1V, procesul poate fi considerat o cantitate mare de S8 la S42- conversie, iar descărcarea cu potențial redus este de 2,1V-1,7V, acest proces este o cantitate mare de S42- în S22- și S2- Pe de altă parte, gradele de conversie diferite corespund, de asemenea, unor capacitate diferite.

Ecuația reacției de descărcare de gestiune este după urmează:

Electrod pozitiv: S8+16Li+e-→8Li2S

Electrod negativ: Li→Li++e-

Reacție totală: 2Li+nS→Li2Sn→Li2S

Bateriile litiu-ion obișnuite sunt deintercalare cu un singur electron, iar bateriile litiu-sulf sunt redox de 8 electroni, deci au de 7-8 ori capacitatea teoretică și densitatea energetică. Similar bateriilor litiu-ion tradiționale, bateriile litiu-sulf constau dintr-un electrod pozitiv, un electrod negativ, un separator, un electrolit și un separator. Prin urmare, bateriile litiu-sulf sunt considerate a fi cea mai promițătoare alternativă la bateriile litiu-ion tradiționale și devin o nouă sursă de energie pentru o nouă generație de echipamente de stocare a energiei.

Materialele catodice de sulf sunt un factor cheie care restricționează dezvoltarea și aplicarea bateriilor litiu-sulf, așa că ne concentrăm pe catozii de sulf. În prezent, catodul de sulf al sistemului litiu-sulf are, de asemenea, mai multe probleme de rezolvat: efectul navetei, conductivitatea slabă și expansiunea volumului.

1. Polisulfurile se dizolvă în timpul procesului de descărcare (Li2Sx, 3<><8), rezultând="" o="" reacție="" complexă="" de="" disproporționare="" și="" un="" "efect="" de="" transfer",="" provocând="" o="" cantitate="" mare="" de="" auto-descărcare,="" reducând="" eficiența="" coulomb="" și="" performanța="" ciclului="" și="" provocând="" degradarea="" ireversibilă="" a="">

2. Conductivitatea sulfului elementar și a produsului de descărcare de gestiune sulfura de litiu este scăzută, conductivitatea S (5×10-30S/cm, 25°C), conductivitatea Li2S/Li2S2 (~10-30S/cm), rezultând în utilizarea sulfului doar Aproximativ 50-70%.

3. Transformarea de la α-S ortorombic (ρ1=2,03g/cm3) la Li2S cu structură de fluorură inversă (ρ2=1,66g/cm3) are o expansiune mare a volumului, distruge structura electrodului și afectează stabilitatea ciclului.