01 Wat sinn Lithium-Loft Batterien a Lithium-Schwefel Batterien?
① Li-Air Batterie
D'Lithium-Loftbatterie benotzt Sauerstoff als de positiven Elektrode-Reaktant a Metalllithium als déi negativ Elektrode.Et huet eng héich theoretesch Energie Dicht (3500Wh / kg), a seng aktuell Energie Dicht kann 500-1000Wh / kg erreechen, déi vill méi héich ass wéi de konventionelle Lithium-Ion Batterie System.Lithium-Loft Batterien besteet aus positiven Elektroden, Elektrolyten an negativen Elektroden.An net-wässerleche Batteriesystemer gëtt de Moment reng Sauerstoff als Reaktiounsgas benotzt, sou datt Lithium-Loftbatterien och Lithium-Sauerstoffbatterien genannt kënne ginn.
1996, Abraham et al.erfollegräich déi éischt net-wässerlech Lithium-Loft Batterie am Labo versammelt.Duerno hunn d'Fuerscher ugefaang op d'intern elektrochemesch Reaktioun a Mechanismus vun net-wässerleche Lithium-Loft Batterien opmierksam ze maachen;2002, Liesen et al.fonnt, datt d'elektrochemical Leeschtung vun Lithium-Loft Akkuen op der electrolyte Léisungsmëttelbad an Loft cathode Material hänkt;2006, Ogasawara et al.benotzt Massespektrometer, gouf et fir d'éischte Kéier bewisen datt Li2O2 oxidéiert gouf a Sauerstoff während der Ladung fräigelooss gouf, wat d'elektrochemesch Reversibilitéit vu Li2O2 bestätegt huet.Dofir hunn Lithium-Loft Batterien vill Opmierksamkeet a séier Entwécklung kritt.
② Lithium-Schwefel Batterie
Lithium-Schwefel Batterie ass e sekundäre Batteriesystem baséiert op der reversibeler Reaktioun vu Schwefel mat héijer spezifescher Kapazitéit (1675mAh/g) a Lithiummetall (3860mAh/g), mat enger duerchschnëttlecher Entladungsspannung vu ronn 2.15V.Seng theoretesch Energiedicht kann 2600Wh/kg erreechen.Seng Matière première hunn d'Virdeeler vun niddregen Käschten an Emweltfrëndlechkeet, sou huet et grouss Entwécklung Potential.D'Erfindung vu Lithium-Schwefel-Batterien kann zréck an d'1960er verfollegt ginn, wéi den Herbert an den Ulam e Batteriepatent ugefrot hunn.De Prototyp vun dëser Lithium-Schwefel Batterie huet Lithium oder Lithiumlegierung als negativ Elektrodenmaterial benotzt, Schwefel als positiv Elektrodenmaterial a besteet aus alifateschen gesättigten Aminen.vum Elektrolyt.E puer Joer méi spéit goufen Lithium-Schwefel Batterien verbessert andeems organesch Léisungsmëttel wéi PC, DMSO an DMF agefouert goufen, an 2.35-2.5V Batterien goufen kritt.Vun de spéiden 1980er goufen Ether bewisen datt se nëtzlech sinn an Lithium-Schwefelbatterien.A spéider Studien hunn d'Entdeckung vun Ether-baséiert Elektrolyte, d'Benotzung vu LiNO3 als Elektrolyt-Additiv, an d'Propositioun vu Kuelestoff / Schwefel-Komposit-positiven Elektroden de Fuerschungsboom vu Lithium-Schwefel-Batterien opgemaach.
02 Aarbechtsprinzip vun der Lithium-Loft Batterie a Lithium-Schwefel Batterie
① Li-Air Batterie
No de verschiddene Staate vun der benotzt Elektrolyt, Lithium-Loft Batterien kënnen an wässerlech Systemer, organesch Systemer, Waasser-organesch Hybrid Systemer, an all-Solid-State Lithium-Loft Batterien opgedeelt ginn.Ënnert hinnen, wéinst der gerénger spezifescher Kapazitéit vu Lithium-Loftbatterien, déi Waasserbaséiert Elektrolyte benotzen, Schwieregkeete beim Schutz vu Lithiummetall, a schlechter Reversibilitéit vum System, net-wässerlech organesch Lithium-Loftbatterien an all-fest-Staat Lithium-Loft Batterie ginn am Moment méi wäit benotzt.Fuerschung.Net-wässerlech Lithium-Loft Batterien goufen fir d'éischt vum Abraham an Z.Jiang am Joer 1996 proposéiert. D'Entladungsreaktiounsgleichung gëtt an der Figur 1 gewisen. D'Ladereaktioun ass de Géigendeel.Den Elektrolyt benotzt haaptsächlech organesch Elektrolyt oder zolidd Elektrolyt, an d'Entladungsprodukt ass haaptsächlech Li2O2, de Produkt ass onopléisbar am Elektrolyt, an ass einfach op der Loftpositiv Elektrode ze accumuléieren, wat d'Entladungskapazitéit vun der Lithium-Loftbatterie beaflosst.
Lithium-Loft Batterien hunn d'Virdeeler vun ultra-héich Energie Dicht, Emweltfrëndlechkeet, an niddrege Präis, mä hir Fuerschung ass nach a senger Kandheet, an et sinn nach vill Problemer ze léisen, wéi d'Katalyse vun Sauerstoff Reduktioun Reaktioun, de Sauerstoffpermeabilitéit an Hydrophobitéit vu Loftelektroden, an d'Deaktivéierung vu Loftelektroden etc.
② Lithium-Schwefel Batterie
Lithium-Schwefel Batterien benotzen haaptsächlech elementar Schwefel oder Schwefel-baséiert Verbindungen als positiv Elektrodenmaterial vun der Batterie, a metallesche Lithium gëtt haaptsächlech fir déi negativ Elektrode benotzt.Wärend dem Entladungsprozess gëtt de Metalllithium, deen op der negativer Elektrode läit, oxidéiert fir en Elektron ze verléieren an Lithiumionen ze generéieren;da ginn d'Elektronen op d'positiv Elektrode duerch den externe Circuit transferéiert, an déi generéiert Lithium-Ionen ginn och op d'positiv Elektrode duerch den Elektrolyt transferéiert fir mam Schwefel ze reagéieren fir Polysulfid ze bilden.Lithium (LiPSs), a reagéiere dann weider fir Lithiumsulfid ze generéieren fir den Entladungsprozess ofzeschléissen.Wärend dem Ladeprozess ginn Lithiumionen a LiPSs zréck an déi negativ Elektrode duerch den Elektrolyt, während Elektronen zréck an déi negativ Elektrode duerch en externe Circuit zréckkommen fir Lithiummetall mat Lithiumionen ze bilden, a LiPSs ginn op Schwefel bei der positiver Elektrode reduzéiert fir de charge Prozess.
Den Entladungsprozess vu Lithium-Schwefel Batterien ass haaptsächlech eng Multi-Schrëtt, Multi-Elektron, Multi-Phase komplex elektrochemesch Reaktioun op der Schwefelkathode, a LiPSs mat verschiddene Kettenlängt ginn anenee wärend dem Laden-Entladungsprozess transforméiert.Wärend dem Entladungsprozess gëtt d'Reaktioun, déi op der positiver Elektrode ka geschéien, an der Figur 2 gewisen, an d'Reaktioun op der negativer Elektrode gëtt an der Figur 3 gewisen.
D'Virdeeler vun Lithium-Schwefel Batterien sinn ganz evident, wéi ganz héich theoretesch Kapazitéit;et gëtt kee Sauerstoff am Material, an Sauerstoff Evolutioun Reaktioun wäert net geschéien, sou ass d'Sécherheet Leeschtung gutt;Schwefelressourcen si vill an elementar Schwefel ass bëlleg;et ass ëmweltfrëndlech an huet niddereg Toxizitéit.Allerdéngs Lithium-Schwefel Batterien hunn och e puer Erausfuerderung Problemer, wéi de Lithium polysulfide Shuttle Effekt;d'Isolatioun vun elementarem Schwefel a seng Entladungsprodukter;de Problem vu grousse Volumen Ännerungen;déi onbestänneg SEI a Sécherheetsproblemer verursaacht duerch Lithiumanode;Self-Entladung Phänomen, etc.
Als nei Generatioun vu Secondaire Batterie System, Lithium-Loft Batterien a Lithium-Schwefel Batterien hu ganz héich theoretesch spezifesch Kapazitéit Wäerter, an hunn extensiv Opmierksamkeet vu Fuerscher an de Secondaire Batterie Maart ugezunn.Am Moment hunn dës zwou Batterien nach vill wëssenschaftlech an technesch Problemer.Si sinn am fréie Fuerschungsstadium vun der Batterie Entwécklung.Zousätzlech zu der spezifescher Kapazitéit an der Stabilitéit vum Batteriekathodematerial, déi weider verbessert muss ginn, musse Schlësselprobleemer wéi Batteriesécherheet och dréngend geléist ginn.An Zukunft brauchen dës zwou nei Zorte vu Batterien nach ëmmer eng kontinuéierlech technesch Verbesserung fir hir Mängel ze eliminéieren fir méi breet Uwendungsperspektiven opzemaachen.
Post Zäit: Abrëll-07-2023