01 Kas yra ličio-oro ir ličio-sieros baterijos?
① Li-air baterija
Ličio-oro akumuliatorius naudoja deguonį kaip teigiamą elektrodo reagentą ir metalinį litį kaip neigiamą elektrodą.Jis turi didelį teorinį energijos tankį (3500 wh/kg), o jo faktinis energijos tankis gali siekti 500-1000 wh/kg, o tai yra daug didesnis nei įprastos ličio jonų baterijos sistemos.Ličio-oro baterijos sudarytos iš teigiamų elektrodų, elektrolitų ir neigiamų elektrodų.Nevandeninėse baterijų sistemose šiuo metu kaip reakcijos dujos naudojamas grynas deguonis, todėl ličio-oro baterijas taip pat galima vadinti ličio-deguonies baterijomis.
1996 m. Abraomas ir kt.laboratorijoje sėkmingai surinko pirmąją nevandeninę ličio-oro bateriją.Tada mokslininkai pradėjo kreipti dėmesį į nevandeninių ličio-oro baterijų vidinę elektrocheminę reakciją ir mechanizmą;2002 m., Read ir kt.nustatė, kad ličio-oro baterijų elektrocheminės savybės priklausė nuo elektrolito tirpiklio ir oro katodo medžiagų;2006 m., Ogasawara ir kt.naudotas masių spektrometras, pirmą kartą buvo įrodyta, kad Li2O2 oksiduojasi ir įkrovimo metu išsiskiria deguonis, kas patvirtino Li2O2 elektrocheminį grįžtamumą.Todėl ličio-oro baterijos sulaukė daug dėmesio ir sparčios plėtros.
② Ličio sieros akumuliatorius
Ličio ir sieros akumuliatorius yra antrinė akumuliatorių sistema, pagrįsta didelės specifinės talpos sieros (1675 mAh/g) ir ličio metalo (3860 mAh/g) grįžtama reakcija, o vidutinė iškrovos įtampa yra apie 2,15 V.Jo teorinis energijos tankis gali siekti 2600wh/kg.Jo žaliavos turi mažų sąnaudų ir ekologiškumo pranašumus, todėl turi didelį plėtros potencialą.Ličio ir sieros akumuliatorių išradimą galima atsekti septintajame dešimtmetyje, kai Herbertas ir Ulamas pateikė paraišką dėl baterijos patento.Šios ličio sieros akumuliatoriaus prototipas naudojo ličio arba ličio lydinį kaip neigiamą elektrodo medžiagą, sierą kaip teigiamą elektrodo medžiagą ir sudarytas iš alifatinių sočiųjų aminų.elektrolito.Po kelerių metų ličio sieros baterijos buvo patobulintos įvedant organinius tirpiklius, tokius kaip PC, DMSO ir DMF, ir buvo gautos 2,35–2,5 V baterijos.Devintojo dešimtmečio pabaigoje buvo įrodyta, kad eteriai yra naudingi ličio sieros akumuliatoriuose.Vėlesniuose tyrimuose eterio pagrindu pagamintų elektrolitų atradimas, LiNO3 naudojimas kaip elektrolitų priedas ir pasiūlymas dėl anglies / sieros kompozicinių teigiamų elektrodų atvėrė ličio ir sieros baterijų tyrimų bumą.
02 Ličio-oro akumuliatoriaus ir ličio-sieros akumuliatoriaus veikimo principas
① Li-air baterija
Pagal skirtingas naudojamo elektrolito būsenas ličio-oro baterijas galima suskirstyti į vandens sistemas, organines sistemas, vandens-organines hibridines sistemas ir kietojo kūno ličio-oro baterijas.Tarp jų dėl mažos specifinės ličio-oro baterijų, naudojančių vandens pagrindu pagamintus elektrolitus, talpos, sunkumų apsaugant ličio metalą ir prasto sistemos grįžtamumo, nevandeninės organinės ličio-oro baterijos ir kietojo kūno ličio-oro baterijos. baterijos šiuo metu naudojamos plačiau.Tyrimas.Nevandenines ličio-oro baterijas pirmą kartą pasiūlė Abraham ir Z.Jiang 1996 m. Iškrovos reakcijos lygtis parodyta 1 paveiksle. Įkrovimo reakcija yra priešinga.Elektrolitui daugiausia naudojamas organinis elektrolitas arba kietas elektrolitas, o iškrovos produktas daugiausia yra Li2O2, produktas netirpsta elektrolite ir lengvai kaupiasi ant teigiamo oro elektrodo, o tai turi įtakos ličio-oro akumuliatoriaus iškrovimo pajėgumui.
Ličio-oro baterijos turi itin didelio energijos tankio, ekologiškumo ir mažos kainos privalumus, tačiau jų tyrimai dar tik ankstyvoje stadijoje ir dar yra daug problemų, kurias reikia išspręsti, pavyzdžiui, deguonies redukcijos reakcijos katalizė, oro elektrodų pralaidumas deguoniui ir hidrofobiškumas bei oro elektrodų išjungimas ir kt.
② Ličio sieros akumuliatorius
Ličio ir sieros baterijose kaip teigiamo akumuliatoriaus elektrodo medžiaga daugiausia naudojama elementinė siera arba sieros junginiai, o neigiamam elektrodui daugiausia naudojamas metalinis litis.Iškrovimo proceso metu metalinis litis, esantis prie neigiamo elektrodo, oksiduojamas, kad prarastų elektroną ir susidarytų ličio jonai;tada elektronai per išorinę grandinę perkeliami į teigiamą elektrodą, o susidarę ličio jonai taip pat per elektrolitą perkeliami į teigiamą elektrodą, kad reaguotų su siera ir susidarytų polisulfidas.Ličio (LiPS), tada toliau reaguoja, kad susidarytų ličio sulfidas, kad būtų užbaigtas iškrovimo procesas.Įkrovimo proceso metu LiPS esantys ličio jonai per elektrolitą grįžta į neigiamą elektrodą, o elektronai grįžta į neigiamą elektrodą per išorinę grandinę, kad susidarytų ličio metalas su ličio jonais, o LiPS redukuojami į sierą prie teigiamo elektrodo, kad užbaigtų elektrolitą. įkrovimo procesas.
Ličio ir sieros baterijų iškrovimo procesas daugiausia yra daugiapakopė, kelių elektronų, daugiafazė sudėtinga elektrocheminė reakcija ant sieros katodo, o skirtingo grandinės ilgio LiPS paverčiami vienas kitu įkrovimo-iškrovimo proceso metu.Iškrovimo proceso metu reakcija, kuri gali įvykti prie teigiamo elektrodo, parodyta 2 paveiksle, o reakcija prie neigiamo elektrodo parodyta 3 paveiksle.
Ličio sieros akumuliatorių privalumai yra labai akivaizdūs, pavyzdžiui, labai didelė teorinė talpa;medžiagoje nėra deguonies ir nevyks deguonies išsiskyrimo reakcija, todėl saugos savybės yra geros;sieros išteklių gausu, o elementarioji siera pigi;jis yra nekenksmingas aplinkai ir turi mažą toksiškumą.Tačiau ličio-sieros baterijos taip pat turi tam tikrų problemų, tokių kaip ličio polisulfido šaudyklės efektas;elementinės sieros ir jos išmetimo produktų izoliacija;didelių apimties pokyčių problema;nestabilios SEI ir saugos problemos, kurias sukelia ličio anodai;savaiminio išsikrovimo reiškinys ir kt.
Kaip naujos kartos antrinių baterijų sistema, ličio-oro baterijos ir ličio-sieros baterijos turi labai aukštas teorines specifinės talpos vertes ir sulaukė didelio mokslininkų bei antrinės baterijų rinkos dėmesio.Šiuo metu šios dvi baterijos vis dar susiduria su daugybe mokslinių ir techninių problemų.Jie yra ankstyvoje baterijų kūrimo stadijoje.Be specifinės baterijos katodo medžiagos talpos ir stabilumo, kurią reikia toliau tobulinti, taip pat reikia skubiai išspręsti pagrindines problemas, tokias kaip akumuliatoriaus sauga.Ateityje šių dviejų naujų tipų akumuliatoriams vis dar reikia nuolatinio techninio tobulinimo, siekiant pašalinti jų defektus, kad būtų atvertos platesnės taikymo perspektyvos.
Paskelbimo laikas: 2023-07-07