Mi az a lítium-kén akkumulátor?
Sep 15, 2020
A lítium-ion akkumulátorok (LiCo02) egyelektronikus deintercalation, míg a lítium-kén akkumulátorok 8 elektron redox, tehát a lítium-kén akkumulátorok elmélete szerint 7-8-szorosa a lítium-ion akkumulátorok kapacitásának. Noha a polimer lítium akkumulátorokat széles körben használták a 3C termékekben, a korlátozott energiasűrűség, vagyis a korlátozott élettartam miatt ezeket gyakran kell tölteni, ami gondot jelent. A leg intuitívabb érzés az, hogy az okos telefon cseréje után mindenki naponta tölt, és még a töltőkincs sem hagyja el az államot. A mai társadalomnak új típusú, alacsony költségű, szennyezésmentes, stabil teljesítményű, nagy fajlagos kapacitású és nagy energiasűrűségű lítium-ion akkumulátorokra van szüksége, hogy megfeleljen az akkumulátor hosszabb élettartamának és a gyorsabb töltési sebességnek.
Lítium-kén akkumulátorok fejlesztési előzményei: A lítium-ion akkumulátorok múltja több mint 30 év, a lítium-kén akkumulátorok pedig fiatalabbak. 1962-ben Herbet és Ulam először a kén alkalmazását javasolta katódanyagként, a lúgos perklorátot pedig elektrolitként.
A korai lítium-kén rendszert elsődleges elemként tanulmányozták, és egy ideig még kereskedelmi forgalomba is hozták, de később újratölthető elemekkel helyettesítették és várakozásba helyezték. 2009-ben Linda F. Nazar egy lítium-kénes másodlagos újratölthető akkumulátort javasolt a Nature Materials-on, és a CMK-3-at használta nagy fajlagos kapacitás elérésére, 1320mAh / g. Azóta a lítium-kén akkumulátorok valóban megnyitottak egy fejezetet a fejlesztésben.
A lítium-kén akkumulátor elve: a lítium-kén akkumulátor pozitív elektródája ként vagy kéntartalmú anyag, a negatív elektród pedig lítium. Az átlagos feszültség 2,1 V. Elméletileg a lítium-kén rendszer (Li-S) fajlagos kapacitása 1672mAh / g, energiasűrűsége 2600Wh / kg. Ez egy hagyományos kereskedelmi lítium-ion akkumulátor, LiCo02 pozitív elektróda (elméleti fajlagos kapacitás 273,8mAh / g, energia sűrűség 360Wh / kg) körülbelül 7-szer. A közönséges lítium-ion akkumulátorokhoz képest a lítium-kén akkumulátorok kisütésének jellege nem egyszerű lítium-ion deintercalation, hanem redox folyamat, amelyet nagyszámú köztitermék kísér. A lítium-kénes kisütő akkumulátor kisütési folyamata során az elemi kén reagál Li-vel a ciklikus S8 gyűrűnyílásából, és a hosszú láncú Li2S8-ról rövid láncú Li2S-re történő átalakulást két nyilvánvaló kisülési platform kíséri, a nagy potenciálú kisülés a platform 2,45 V - 2,1 V, a folyamat nagy mennyiségű S8-S42-átalakításnak tekinthető, és az alacsony potenciállal rendelkező kisütés 2,1 V-1,7 V-os, ez a folyamat nagy mennyiségű S42- S22- és S2-be -. Másrészt a különböző konverziós fokok a különböző kapacitásoknak is megfelelnek.
A kisülési reakció egyenlete a következő:
Pozitív elektróda: S8 {{1}} 16Li+e- → 8Li2S
Negatív elektróda: Li → Li++e-
Teljes reakció: 2Li + nS → Li2Sn → Li2S
A szokásos lítium-ion akkumulátorok egyelektronikus deintercalation, a lítium-kénelemek pedig 8-elektron redoxi, tehát az elméleti kapacitás és az energiasűrűség 7-8-szorosa. A hagyományos lítium-ion akkumulátorokhoz hasonlóan a lítium-kén akkumulátorok pozitív elektródból, negatív elektródból, szeparátorból, elektrolitból és szeparátorból állnak. Ezért a lítium-kén akkumulátorokat tartják a legígéretesebb alternatívának a hagyományos lítium-ion akkumulátorokkal szemben, és új energiaforrássá válnak az energiatároló berendezések új generációja számára.
A kénkatód anyagok kulcsfontosságú tényezők, amelyek korlátozzák a lítium-kén akkumulátorok kifejlesztését és alkalmazását, ezért a kénkatódokra összpontosítunk. Jelenleg a lítium-kén rendszer kénkatódjának is számos megoldandó problémája van: ingázó hatás, gyenge vezetőképesség és térfogatnövelés.
1. A poliszulfidok feloldódnak a kisülési folyamat során (Li2Sx, 3 ＜ x ＜ 8), ami komplex aránytalansági reakciót és&"shuttle effektust GG" eredményez, ami nagy mennyiségű önkisülést okoz, csökkentve a Coulomb hatékonyságát és ciklusát teljesítmény, és visszafordíthatatlan kapacitásromlást okoz;
2. Az elemi kén és a kisülési termék lítium-szulfid vezetőképessége alacsony, S vezetőképessége (5 × 10-30S / cm, 25 ℃), Li2S / Li2S2 vezetőképessége (~ 10-30S / cm), ami csak a kén felhasználása Körülbelül 50-70%.
3. Az ortorombos α-S (ρ1=2,03g / cm3) átalakítása inverz fluorit szerkezetű Li2S-be (ρ2=1,66g / cm3) nagy térfogat-kiterjedésű, tönkreteszi az elektróda szerkezetét és befolyásolja a ciklus stabilitását.