Какво представлява литиево-сярна батерия?

Литиево-йонните батерии (LiCo02) са едноелектронна деинтеркалация, докато литиево-сярните батерии са 8-електронно окислително-редукционни, така че литиево-сярните батерии имат теорията, че те са 7-8 пъти по-големи от капацитета на литиево-йонните батерии. Въпреки че полимерните литиеви батерии са широко използвани в 3C продуктите, поради ограничената енергийна плътност, тоест ограничения живот на батерията, те трябва да се зареждат често, което е обезпокоително нещо. Най-интуитивното усещане е, че след смяната на смартфона всеки зарежда всеки ден и дори зареждащото съкровище не напуска държавата. Днешното общество се нуждае от нов тип литиево-йонна батерия с ниска цена, без замърсяване, стабилна производителност, голям специфичен капацитет и висока енергийна плътност, за да отговори на нуждите от по-дълъг живот на батерията и по-бърза скорост на зареждане.

История на развитие на литиево-сярна батерия: Литиево-йонните батерии имат история от повече от 30 години, а литиево-сярните батерии са по-млади. През 1962 г. Хербет и Улам за пръв път предлагат използването на сяра като катоден материал и алкален перхлорат като електролит.

Ранната литиево-сярна система е изучавана като основна батерия и дори е пусната в продажба за известно време, но по-късно е заменена от акумулаторни батерии и е поставена на изчакване. През 2009 г. Linda F. Nazar предложи литиево-сярна вторична акумулаторна батерия на Nature Materials и използва CMK-3 за постигане на висок специфичен капацитет от 1320mAh / g. Оттогава литиево-сярните батерии наистина отвориха глава в развитието.

Принципът на литиево-сярната батерия: положителният електрод на литиево-сярната батерия е сяра или съдържащ сяра материал, а отрицателният електрод е литиев. Средното напрежение е 2.1V. На теория литиево-сярната система (Li-S) има специфичен капацитет от 1672mAh / g и енергийна плътност от 2600Wh / kg. Това е традиционна търговска литиево-йонна батерия с LiCo02 като положителен електрод (теоретичен специфичен капацитет 273,8mAh / g, енергийна плътност 360Wh / kg) около 7 пъти. В сравнение с обикновените литиево-йонни батерии, естеството на разреждането на литиево-сярните батерии не е проста лиин-йонна деинтеркалация, а редокс процес, придружен от голям брой междинни продукти. По време на процеса на разреждане на литиево-сярна разрядна батерия, елементарната сяра реагира с Li от отварянето на пръстена на цикличния S8, а преобразуването от дълговерижен Li2S8 в късоверижен Li2S е придружено от две очевидни разрядни платформи, високо потенциалното разреждане платформа е 2.45V - 2.1V, процесът може да се счита за голямо количество преобразуване от S8 към S42, а разрядът с нисък потенциал е 2.1V-1.7V, този процес е голямо количество от S42- в S22- и S2 -. От друга страна, различните степени на преобразуване също съответстват на различни капацитети.

Уравнението на реакцията на разреждане е както следва:

Положителен електрод: S8 {{1}} 16Li+e- → 8Li2S

Отрицателен електрод: Li → Li++e-

Обща реакция: 2Li + nS → Li2Sn → Li2S

Обикновените литиево-йонни батерии са едноелектронна деинтеркалация, а литиево-сярните батерии са 8-електронни окислително-възстановителни, така че те имат 7-8 пъти теоретичния капацитет и енергийната плътност. Подобно на традиционните литиево-йонни батерии, литиево-сярните батерии се състоят от положителен електрод, отрицателен електрод, сепаратор, електролит и сепаратор. Следователно литиево-сярните батерии се считат за най-обещаващата алтернатива на традиционните литиево-йонни батерии и се превръщат в нов енергиен източник за ново поколение съоръжения за съхранение на енергия.

Сярните катодни материали са ключов фактор, който ограничава разработването и приложението на литиево-сярни батерии, затова се фокусираме върху сярните катоди. В момента сярният катод на литиево-сярната система също има няколко проблема, които трябва да бъдат решени: ефект на совалката, лоша проводимост и разширяване на обема.

1. Полисулфидите се разтварят по време на процеса на разтоварване (Li2Sx, 3 ＜ x resulting 8), което води до сложна реакция на диспропорциониране и&„ефект на совалката GG“; производителност и причинява необратимо влошаване на капацитета;

2. Проводимостта на елементарната сяра и разрядния продукт литиев сулфид е ниска, проводимостта на S (5 × 10-30S / cm, 25 ℃), проводимостта на Li2S / Li2S2 (~ 10-30S / cm), в резултат на използването на сяра само Около 50-70%.

3. Преобразуването от орторомбичен α-S (ρ1=2.03g / cm3) в Li2S с обратна флуоритна структура (ρ2=1.66g / cm3) има голямо обемно разширение, разрушава структурата на електрода и влияе на стабилността на цикъла.