Lityum-oltingugurtli akkumulyator nima?

Lityum-ionli batareyalar (LiCo02) bir elektronli deinterkalatsiyadir, lityum-oltingugurtli batareyalar esa 8 elektronli redoksdir, shuning uchun lityum-oltingugurtli batareyalar litiy-ionli batareyalardan 7-8 barobar ko'proq degan nazariyaga ega. Polimer lityum batareyalar 3C mahsulotlarida keng qo'llanilgan bo'lsa-da, cheklangan energiya zichligi, ya'ni batareyaning ishlash muddati cheklanganligi sababli, ularni tez-tez zaryad qilish kerak, bu muammoli narsa. Eng intuitiv tuyg'u shundaki, aqlli telefonni almashtirgandan so'ng, har bir kishi har kuni zaryad olayapti, hatto zaryadlovchi xazina ham davlatni tark etmayapti. Zamonaviy jamiyat batareyaning uzoqroq ishlashini va tezroq quvvat olish tezligini talab qilish uchun arzon narxlardagi, ifloslanishsiz, barqaror ishlashga ega, o'ziga xos quvvatga ega va yuqori energiya zichligiga ega bo'lgan yangi turdagi lityum-ion batareyaga muhtoj.

Lityum-oltingugurt batareyasining rivojlanish tarixi: Lityum-ionli batareyalar 30 yildan ortiq tarixga ega va lityum-oltingugurtli batareyalar yoshroq. 1962 yilda Herbet va Ulam birinchi marta oltingugurtni katod moddasi sifatida va gidroksidi perkloratni elektrolit sifatida ishlatishni taklif qilishdi.

Dastlabki lityum-oltingugurt tizimi birlamchi akkumulyator sifatida o'rganilgan va hatto bir muncha vaqt tijoratlashtirilgan, ammo keyinchalik u qayta zaryadlanadigan batareyalar bilan almashtirilib, to'xtatib qo'yilgan. 2009 yilda Linda F. Nazar tabiat materiallari bo'yicha lityum-oltingugurtli qayta zaryadlanuvchi batareyani taklif qildi va CMK-3 dan yuqori o'ziga xos quvvati 1320mAh / g ga erishdi. O'shandan beri lityum-oltingugurtli batareyalar haqiqatan ham rivojlanish bobini ochdi.

Lityum-oltingugurtli batareyaning printsipi: lityum-oltingugurtli batareyaning musbat elektrodi oltingugurt yoki oltingugurt o'z ichiga olgan material, manfiy elektrod esa lityum. O'rtacha kuchlanish 2,1 V ga teng. Nazariy jihatdan lityum-oltingugurt tizimi (Li-S) o'ziga xos quvvati 1672mAh / g va energiya zichligi 2600Wh / kg ni tashkil qiladi. Bu LiCo02 bilan ijobiy elektrod (nazariy solishtirma quvvati 273,8mAh / g, energiya zichligi 360Wh / kg) sifatida taxminan 7 marta bo'lgan an'anaviy savdo lityum ion batareyadir. Oddiy lityum-ionli batareyalar bilan taqqoslaganda, lityum-oltingugurtli batareyalarni chiqarish xususiyati oddiy lityum ionlarini deinterkalatsiyalash emas, balki juda ko'p miqdordagi oraliq mahsulotlar bilan kechadigan oksidlanish-qaytarilish jarayonidir. Lityum-oltingugurtli deşarj batareyasini tushirish jarayonida elementar oltingugurt tsiklik S8 halqa ochilishidan Li bilan reaksiyaga kirishadi va uzoq zanjirli Li2S8 dan qisqa zanjirli Li2S ga aylanishi ikkita aniq tushirish platformasi bilan birga keladi, yuqori potentsial razryad platforma 2,45V—- 2,1V ni tashkil qiladi, bu jarayonni S8 dan S42 gacha konversiya deb hisoblash mumkin va past potentsialli razryad 2,1V-1,7V ni tashkil qiladi, bu jarayon S42- va S2 ga katta miqdorda -. Boshqa tomondan, har xil konversiya darajalari, shuningdek, turli xil quvvatlarga mos keladi.

Chiqarish reaktsiyasi tenglamasi quyidagicha:

Ijobiy elektrod: S8 {{1}} 16Li+e- → 8Li2S

Salbiy elektrod: Li → Li++e-

Jami reaktsiya: 2Li + nS → Li2Sn → Li2S

Oddiy lityum-ionli batareyalar bitta elektronli deinterkalatsiya, lityum-oltingugurtli batareyalar esa 8 elektronli redoksdir, shuning uchun ular nazariy quvvati va energiya zichligiga nisbatan 7-8 baravar ko'pdir. An'anaviy lityum-ionli batareyalarga o'xshash lityum-oltingugurtli batareyalar musbat elektrod, manfiy elektrod, separator, elektrolit va separatordan iborat. Shuning uchun lityum-oltingugurtli batareyalar an'anaviy lityum-ionli batareyalarga eng istiqbolli alternativ hisoblanadi va yangi avlod energiya saqlash uskunalari uchun yangi energiya manbai bo'ladi.

Oltingugurtli katod materiallari lityum-oltingugurtli batareyalarni ishlab chiqish va qo'llashni cheklovchi asosiy omil hisoblanadi, shuning uchun biz oltingugurt katodlariga e'tibor qaratamiz. Hozirgi vaqtda lityum-oltingugurt tizimining oltingugurt katodida ham bir nechta muammolar mavjud: moki effekti, yomon o'tkazuvchanlik va hajmning kengayishi.

1. Politsulfidlar zaryadsizlantirish jarayonida eriydi (Li2Sx, 3 ＜ x ＜ 8), natijada murakkab nomutanosiblik reaktsiyasi va" moki effekti" ishlash qobiliyati va qaytarib bo'lmaydigan darajada degradatsiyaga olib kelishi;

2. Elementar oltingugurt va chiqadigan mahsulot lityum sulfidning o'tkazuvchanligi past, S ning o'tkazuvchanligi (5 × 10-30S / sm, 25 ℃), Li2S / Li2S2 (~ 10-30S / sm) ning o'tkazuvchanligi oltingugurtdan foydalanish faqat taxminan 50-70%.

3. Ortorombik a-S dan (r1=2.03g / cm3) teskari floritli tuzilishga ega (r2=1.66g / sm3) Li2S ga o'tish katta hajm kengayishiga ega, elektrod strukturasini buzadi va tsiklning barqarorligiga ta'sir qiladi.