01 Што се литиум-воздушни батерии и литиум-сулфур батерии?
① Li-air батерија
Литиум-воздушната батерија користи кислород како позитивна електрода реактант и метален литиум како негативна електрода.Има висока теоретска густина на енергија (3500wh/kg), а нејзината вистинска енергетска густина може да достигне 500-1000wh/kg, што е многу повисоко од конвенционалниот систем на литиум-јонски батерии.Литиум-воздушните батерии се составени од позитивни електроди, електролити и негативни електроди.Во неводените батериски системи, моментално се користи чист кислород како реакционен гас, така што литиум-воздушните батерии може да се наречат и литиум-кислородни батерии.
Во 1996 година, Абрахам и сор.успешно ја состави првата безводна литиум-воздушна батерија во лабораторија.Потоа истражувачите почнаа да обрнуваат внимание на внатрешната електрохемиска реакција и механизмот на неводените литиум-воздушни батерии;во 2002 година, Read et al.откриле дека електрохемиските перформанси на литиум-воздушните батерии зависат од електролитниот растворувач и од материјалите на воздушната катода;во 2006 година, Огасавара и сор.користен масен спектрометар, за прв пат е докажано дека Li2O2 се оксидира и се ослободува кислород за време на полнењето, што ја потврди електрохемиската реверзибилност на Li2O2.Затоа, литиум-воздушните батерии добија големо внимание и брз развој.
② Литиум-сулфурна батерија
Литиум-сулфурна батерија е секундарен батериски систем базиран на реверзибилна реакција на сулфур со висок специфичен капацитет (1675 mAh/g) и литиум метал (3860 mAh/g), со просечен напон на празнење од околу 2,15 V.Неговата теоретска густина на енергија може да достигне 2600 wh/kg.Неговите суровини ги имаат предностите на ниската цена и еколошката пријатност, па затоа има голем потенцијал за развој.Пронајдокот на литиум-сулфурни батерии може да се следи уште во 1960-тите, кога Херберт и Улам поднеле барање за патент за батерии.Прототипот на оваа литиум-сулфурна батерија користеше литиум или легура на литиум како материјал за негативна електрода, сулфур како материјал за позитивна електрода и се состои од алифатични заситени амини.на електролит.Неколку години подоцна, литиум-сулфурните батерии беа подобрени со воведување на органски растворувачи како што се PC, DMSO и DMF и беа добиени батерии од 2,35-2,5V.До крајот на 1980-тите, етерите се покажаа како корисни во литиум-сулфурните батерии.Во следните студии, откривањето на електролити базирани на етер, употребата на LiNO3 како електролитен адитив и предлогот за јаглерод/сулфур композитни позитивни електроди го отворија истражувачкиот бум на литиум-сулфурните батерии.
02 Принцип на работа на литиум-воздушна батерија и литиум-сулфурна батерија
① Li-air батерија
Според различните состојби на електролитот што се користи, литиум-воздушните батерии може да се поделат на водени системи, органски системи, вода-органски хибридни системи и батерии со целосно цврста состојба на литиум-воздух.Меѓу нив, поради нискиот специфичен капацитет на литиум-воздушните батерии кои користат електролити на база на вода, тешкотиите во заштитата на литиум металот и слабата реверзибилност на системот, неводените органски литиум-воздушни батерии и целосно цврста состојба на литиум-воздух батериите се пошироко користени во моментов.Истражување.Не-водените литиум-воздушни батерии за прв пат беа предложени од Абрахам и З. Џианг во 1996 година. Равенката на реакцијата на празнење е прикажана на слика 1. Реакцијата на полнење е спротивна.Електролитот главно користи органски електролит или цврст електролит, а производот за празнење е главно Li2O2, производот е нерастворлив во електролитот и лесно се акумулира на воздушната позитивна електрода, што влијае на капацитетот за празнење на литиум-воздушната батерија.
Литиум-воздушните батерии ги имаат предностите на ултра високата енергетска густина, еколошката пријатност и ниската цена, но нивното истражување сè уште е во почетна фаза и има уште многу проблеми што треба да се решат, како што е катализата на реакцијата на намалување на кислородот, кислородна пропустливост и хидрофобност на воздушните електроди и деактивирање на воздушните електроди итн.
② Литиум-сулфурна батерија
Литиум-сулфурните батерии главно користат елементарен сулфур или соединенија базирани на сулфур како материјал за позитивна електрода на батеријата, а металниот литиум главно се користи за негативната електрода.За време на процесот на празнење, металниот литиум кој се наоѓа на негативната електрода се оксидира за да изгуби електрон и да генерира јони на литиум;тогаш електроните се пренесуваат на позитивната електрода преку надворешното коло, а создадените литиумски јони исто така се пренесуваат на позитивната електрода преку електролитот за да реагираат со сулфур и да формираат полисулфид.Литиум (LiPSs), а потоа дополнително реагираат за да се генерира литиум сулфид за да се заврши процесот на празнење.За време на процесот на полнење, јоните на литиум во LiPS се враќаат во негативната електрода преку електролитот, додека електроните се враќаат во негативната електрода преку надворешно коло за да формираат литиум метал со јони на литиум, а LiPSs се намалуваат до сулфур на позитивната електрода за да се заврши процес на полнење.
Процесот на празнење на литиум-сулфурните батерии е главно повеќестепена, повеќеелектронска, повеќефазна сложена електрохемиска реакција на сулфурната катода, а LiPS со различна должина на синџирот се трансформираат едни во други за време на процесот на полнење-празнење.За време на процесот на празнење, реакцијата што може да се случи на позитивната електрода е прикажана на слика 2, а реакцијата на негативната електрода е прикажана на слика 3.
Предностите на литиум-сулфурните батерии се многу очигледни, како што е многу висок теоретски капацитет;нема кислород во материјалот, а реакцијата на еволуција на кислород нема да се случи, така што безбедносните перформанси се добри;сулфурните ресурси се во изобилство, а елементарниот сулфур е евтин;тој е еколошки и има ниска токсичност.Сепак, литиум-сулфурните батерии имаат и некои предизвикувачки проблеми, како што е ефектот на шатл-литиум полисулфид;изолација на елементарен сулфур и неговите производи за испуштање;проблемот со големи промени во волуменот;нестабилниот SEI и безбедносните проблеми предизвикани од литиумските аноди;феномен на само-празнење итн.
Како нова генерација на секундарни батериски системи, литиум-воздушните батерии и литиум-сулфурните батерии имаат многу високи теоретски специфични вредности на капацитетот и привлекоа големо внимание кај истражувачите и секундарниот пазар на батерии.Во моментов, овие две батерии сè уште се соочуваат со многу научни и технички проблеми.Тие се во рана истражувачка фаза на развој на батерии.Покрај специфичниот капацитет и стабилноста на материјалот на катодата на батеријата што треба дополнително да се подобри, клучните прашања како што е безбедноста на батеријата, исто така, треба итно да се решат.Во иднина, на овие два нови типа на батерии сè уште им е потребно постојано техничко подобрување за да се отстранат нивните дефекти со цел да се отворат пошироки изгледи за примена.
Време на објавување: април-07-2023 година