Què és una bateria de sofre de liti?
Sep 15, 2020
Les bateries de ions de liti (LiCo02) són una desintercalació d’un sol electró, mentre que les bateries de liti-sofre són redox de 8 electrons, de manera que les bateries de liti-sofre tenen la teoria que són de 7 a 8 vegades la capacitat de les bateries de ions de liti. Tot i que les bateries de polímer de liti s’han utilitzat àmpliament en productes 3C, a causa de la densitat d’energia limitada, és a dir, de la durada limitada de la bateria, cal carregar-les amb freqüència, cosa que és problemàtica. La sensació més intuïtiva és que després de canviar el telèfon intel·ligent, tothom carrega cada dia i fins i tot el tresor de càrrega no surt de l’Estat. La societat actual necessita un nou tipus de bateria de ions de liti amb baix cost, sense contaminació, rendiment estable, gran capacitat específica i alta densitat d’energia per satisfer les necessitats d’una vida més llarga de la bateria i una velocitat de càrrega més ràpida.
Història del desenvolupament de les bateries de liti-sofre: les bateries de liti-ió tenen una història de més de 30 anys i les bateries de liti-sofre són més joves. El 1962, Herbet i Ulam van proposar per primera vegada l’ús de sofre com a material càtode i el perclorat alcalí com a electròlit.
El primer sistema de liti-sofre es va estudiar com a bateria primària i fins i tot es va comercialitzar durant un temps, però posteriorment va ser substituït per bateries recarregables i posat en espera. El 2009, Linda F. Nazar va proposar una bateria recarregable secundària de liti-sofre a Nature Materials i va utilitzar CMK-3 per aconseguir una alta capacitat específica de 1320 mAh / g. Des de llavors, les bateries de liti-sofre han obert realment un capítol en desenvolupament.
El principi de la bateria de liti-sofre: l’elèctrode positiu de la bateria de liti-sofre és sofre o material que conté sofre i l’elèctrode negatiu és el liti. La tensió mitjana és de 2,1V. En teoria, el sistema de liti-sofre (Li-S) té una capacitat específica de 1672mAh / g i una densitat d’energia de 2600Wh / kg. És una bateria de ions de liti comercial tradicional amb LiCo02 com a elèctrode positiu (capacitat específica teòrica 273,8mAh / g, densitat d’energia 360Wh / kg) unes 7 vegades. En comparació amb les bateries de ions de liti normals, la naturalesa de la descàrrega de les bateries de liti-sofre no és una simple desintercalació d’ions de liti, sinó un procés redox acompanyat d’un gran nombre de productes intermedis. Durant el procés de descàrrega de la bateria de descàrrega de sofre de liti, el sofre elemental reacciona amb Li des de l’obertura de l’anell del S8 cíclic, i la conversió de Li2S8 de cadena llarga a Li2S de cadena curta s’acompanya de dues plataformes de descàrrega evidents, l’alta descàrrega potencial la plataforma és de 2,45 V - 2,1 V, el procés es pot considerar una gran quantitat de conversió S8 a S42- i la descàrrega de baix potencial és de 2,1 V - 1,7 V, aquest procés és una gran quantitat de S42 - en S22 i S2 -. D’altra banda, diferents graus de conversió també es corresponen amb capacitats diferents.
L'equació de la reacció de descàrrega és la següent:
Elèctrode positiu: S8 {{1}} 16Li+e- → 8Li2S
Elèctrode negatiu: Li → Li++e-
Reacció total: 2Li + nS → Li2Sn → Li2S
Les bateries ordinàries de ions de liti són de desintercalació d’un sol electró i les bateries de liti-sofre són redox de 8 electrons, de manera que tenen 7-8 vegades la capacitat teòrica i la densitat d’energia. De manera similar a les bateries de ions de liti tradicionals, les bateries de liti-sofre consten d’un elèctrode positiu, un elèctrode negatiu, un separador, un electròlit i un separador. Per tant, les bateries de liti-sofre es consideren l’alternativa més prometedora a les bateries de liti-ió tradicionals i esdevenen una nova font d’energia per a una nova generació d’equips d’emmagatzematge d’energia.
Els materials de càtode de sofre són un factor clau que limita el desenvolupament i l'aplicació de bateries de liti-sofre, de manera que ens centrem en els càtodes de sofre. Actualment, el càtode de sofre del sistema liti-sofre també té diversos problemes per resoldre: efecte llançadora, conductivitat deficient i expansió de volum.
1. Els polisulfurs es dissolen durant el procés de descàrrega (Li2Sx, 3 ＜ x ＜ 8), resultant en una reacció de desproporcionació complexa i un&"efecte llançadora GG", causant una gran quantitat d'auto-descàrrega, reduint l'eficiència i el cicle de Coulomb. rendiment, i provocant una degradació irreversible de la capacitat;
2. La conductivitat del sofre elemental i del producte de descàrrega de sulfur de liti és baixa, la conductivitat de S (5 × 10-30S / cm, 25 ℃), la conductivitat de Li2S / Li2S2 (~ 10-30S / cm), donant lloc a la utilització de sofre només Al voltant del 50-70%.
3. La transformació d’α-S ortorhombic (ρ1=2.03g / cm3) a Li2S amb estructura de fluorita inversa (ρ2=1.66g / cm3) té una gran expansió de volum, destrueix l’estructura de l’elèctrode i afecta l’estabilitat del cicle.