Hva er et litium-svovelbatteri?

Litium-ion-batterier (LiCo02) er enkeltelektrondeinterkalering, mens litium-svovelbatterier er 8-elektronrødox, så litium-svovelbatterier har teorien om at de er 7-8 ganger kapasiteten til litium-ion-batterier. Selv om polymer litiumbatterier har blitt mye brukt i 3C-produkter, på grunn av begrenset energitetthet, det vil si begrenset batterilevetid, må de lades ofte, noe som er en plagsom ting. Den mest intuitive følelsen er at etter å ha endret smarttelefonen, lader alle hver dag, og selv ladeskatten forlater ikke staten. Dagens samfunn trenger en ny type litium-ion-batteri med lave kostnader, ingen forurensning, stabil ytelse, stor spesifikk kapasitet og høy energitetthet for å møte behovene til lengre batterilevetid og raskere ladehastighet.

Litium-svovel batteriutvikling historie: Litium-ion batterier har en historie på mer enn 30 år, og litium-svovel batterier er yngre. I 1962 foreslo Herbet og Ulam først bruk av svovel som katodemateriale og alkalisk perklorat som elektrolytt.

Det tidlige litium-svovelsystemet ble studert som et primært batteri og til og med kommersialisert for en tid, men det ble senere erstattet av oppladbare batterier og satt på vent. I 2009 foreslo Linda F. Nazar et litium-svovel sekundært oppladbart batteri på nature materials, og brukte CMK-3 for å oppnå en høy spesifikk kapasitet på 1320mAh / g. Siden da har litium-svovelbatterier virkelig åpnet et kapittel i utviklingen.

Prinsippet om litium-svovelbatteri: Den positive elektroden av litium-svovelbatteri er svovel eller svovelholdig materiale, og den negative elektroden er litium. Den gjennomsnittlige spenningen er 2.1V. I teorien har litium-svovelsystemet (Li-S) en bestemt kapasitet på 1672mAh/ g og en energitetthet på 2600Wh / kg. Det er et tradisjonelt kommersielt litiumionbatteri med LiCo02 som den positive elektroden (teoretisk spesifikk kapasitet 273.8mAh / g , Energitetthet 360Wh / kg) ca 7 ganger. Sammenlignet med vanlige litium-ion-batterier er innholdet i utladningen av litium-svovelbatterier ikke enkel litiumiondeinterkalering, men en redoksprosess ledsaget av et stort antall mellomprodukter. Under utladningsprosessen av litium-svovelutladingsbatteri reagerer elementær svovel med Li fra ringåpningen av syklisk S8, og konverteringen fra langkjedede Li2S8 til kortkjedede Li2S er ledsaget av to åpenbare utladningsplattformer, den høye potensielle utladningsplattformen er 2.45V- 2.1V, prosessen kan betraktes som en stor mengde S8 til S42- konvertering, og lavpotensial utslipp er 2.1V-1.7V, denne prosessen er en stor mengde S42- i S22- og S2-. På den annen side tilsvarer ulike konverteringsgrader også forskjellige kapasitanser.

Utslippsreaksjonsligningen er som følger:

Positiv elektrode: S8+16Li+e-→8Li2S

Negativ elektrode: Li→Li++e-

Total reaksjon: 2Li+nS→Li2Sn→Li2S

Vanlige litium-ion-batterier er enkeltelektrondeinterkalering, og litium-svovelbatterier er 8-elektron redoks, slik at de har 7-8 ganger teoretisk kapasitet og energitetthet. I likhet med tradisjonelle litium-ion-batterier består litium-svovelbatterier av en positiv elektrode, en negativ elektrode, separator, en elektrolytt og en separator. Litium-svovelbatterier anses derfor å være det mest lovende alternativet til tradisjonelle litium-ion-batterier og bli en ny energikilde for en ny generasjon energilagringsutstyr.

Svovel katode materialer er en viktig faktor som begrenser utvikling og anvendelse av litium-svovelbatterier, så vi fokuserer på svovel katoder. I dag har svovelkattogen til litium-svovelsystemet også flere problemer som skal løses: shuttle effekt, dårlig ledningsevne og volumutvidelse.

1. Polysulfider oppløses under utslippsprosessen (Li2Sx, 3<><8), noe="" som="" resulterer="" i="" en="" kompleks="" uforholdsmessighetsreaksjon="" og="" en="" "shuttle="" effekt",="" forårsaker="" en="" stor="" mengde="" selvutladning,="" reduserer="" coulomb="" effektivitet="" og="" syklusytelse,="" og="" forårsaker="" irreversibel="" kapasitet="">

2. Konduktiviteten til elementær svovel og utslippsproduktet litiumsulfid er lav, konduktiviteten til S (5 × 10-30S / cm, 25 ° C), ledningsevnen til Li2S / Li2S2 (~ 10-30S / cm), noe som resulterer i utnyttelse av svovel bare Ca 50-70%.

3. Transformasjonen fra orthorhombic α-S (ρ1=2.03g/cm3) til Li2S med invers fluorstruktur (ρ2=1.66g/cm3) har stor volumutvidelse, ødelegger elektrodestrukturen og påvirker syklusstabiliteten.