01 Chì sò e batterie di lithium-air è batterie di lithium-sulphur ?
① Batteria Li-air
A bateria di lithium-air usa l'ossigenu cum'è u reactante di l'elettrodu pusitivu è u lithium metallicu cum'è l'elettrodu negativu.Havi una alta densità d'energia teorica (3500wh/kg), è a so densità d'energia attuale pò ghjunghje à 500-1000wh/kg, chì hè assai più altu ch'è u sistema di batterie di lithium-ion convenzionale.E batterie di lithium-air sò cumposti da elettrodi pusitivi, elettroliti è elettrodi negativi.In i sistemi di batterie non-aqueous, l'ossigenu puru hè attualmente utilizatu cum'è u gasu di reazione, cusì e batterie di lithium-air ponu ancu esse chjamate batterie di lithium-oxygen.
In u 1996, Abraham et al.hà assemblatu cù successu a prima batteria di lithium-air non-aqueous in u laboratoriu.Allora circadori accuminciau a attenti à a riazzioni electrochemical internu è miccanisimu di batterie lithium-aria non-aqueous;in u 2002, Read et al.truvò chì u funziunamentu elettrochimicu di e batterie di lithium-air dipendenu da u solvente di l'elettroliti è i materiali di catodu di l'aria;in 2006, Ogasawara et al.spettrometru di massa usatu, hè statu dimustratu per a prima volta chì Li2O2 hè stata oxidized è ossigenu hè stata liberata durante a carica, chì cunfirmava a reversibilità elettrochimica di Li2O2.Dunque, e batterie di lithium-air anu ricivutu assai attenzione è u sviluppu rapidu.
② Batteria di lithium-sulfuru
A batteria di lithium-sulphur hè un sistema di batterie secundariu basatu annantu à a reazione reversibile di sulphur d'alta capacità specifica (1675mAh / g) è di lithium metal (3860mAh / g), cù una tensione di scarica media di circa 2.15V.A so densità di energia teorica pò ghjunghje sin'à 2600wh/kg.E so materie prime anu i vantaghji di u prezzu bassu è l'amichevule ambientale, cusì hà un grande putenziale di sviluppu.L'invenzione di e batterie di lithium-sulphur pò esse tracciata à l'anni 1960, quandu Herbert è Ulam dumandavanu una patente di batterie.U prototipu di sta batteria di lithium-sulphur usava lithium o lithium alliage cum'è u materiale di l'elettrodu negativu, u zolfo cum'è u materiale di l'elettrodu pusitivu è cumpostu di ammine saturate alifatiche.di l'elettroliti.Uni pochi anni dopu, e batterie di lithium-sulphur sò state migliurate intruducendu solventi organici cum'è PC, DMSO è DMF, è sò stati ottenuti batterie 2.35-2.5V.À a fini di l'anni 1980, l'eteri sò stati pruvati per esse utili in batterie di lithium-sulphur.In i studii successivi, a scuperta di l'elettroliti basati in etere, l'usu di LiNO3 cum'è un additivu elettrolitu, è a pruposta di l'elettrodi positivi di carbonu / zolfo anu apertu u boom di ricerca di batterie di lithium-sulphur.
02 Principiu di travagliu di a batteria di lithium-air è di a batteria di lithium-sulfur
① Batteria Li-air
Sicondu i diversi stati di l'elettroliti utilizati, e batterie di lithium-air ponu esse divise in sistemi aqueous, sistemi organici, sistemi hibridi acqua-organici, è batterie di lithium-air all-state solid.À mezu à elli, a causa di a bassa capacità specifichi di batterie di lithium-aria chì utilizanu elettroliti basati in acqua, difficultà in a prutezzione di lithium metal, è poviru reversibilità di u sistema, batterie di lithium-aria orgànica non-aqueous è all-state solid-state lithium-air. e batterie sò più largamente usate in oghje.Ricerca.Batterie di lithium-air non-aqueous sò stati pruposti prima da Abraham è Z.Jiang in 1996. L'equazione di reazzione di scaricamentu hè mostrata in Figura 1. A reazione di carica hè u cuntrariu.L'elettrolitu usa principalmente l'elettroliti organici o l'elettroliti solidi, è u pruduttu di scaricamentu hè principalmente Li2O2, u pruduttu hè insolubile in l'elettroliti, è hè faciule d'accumulà nantu à l'elettrolitu pusitivu di l'aria, affettendu a capacità di scaricamentu di a batteria di lithium-air.
Lithium-air batteries hannu i vantaghji di ultra-alta densità d'energia, amichevuli ambientale, è prezzu bassu, ma a so ricerca hè sempre in a so zitiddina, è ci sò ancu parechji prublemi à esse risolta, cum'è a catalisi di reazzione di riduzzione ossigenu, u a permeabilità di l'ossigenu è l'idrofobicità di l'elettrodi di l'aria, è a disattivazione di l'elettrodi d'aria ecc.
② Batteria di lithium-sulfuru
E batterie di lithium-sulphur utilizanu principarmenti sulphur elementari o composti basati in sulphur cum'è materiale di l'elettrodu pusitivu di a bateria, è u lithium metallicu hè principalmente utilizatu per l'elettrodu negativu.Duranti u prucessu di scaricamentu, u lithium metallicu situatu à l'elettrodu negativu hè oxidatu per perde un elettroni è generà ioni di lithium;allora l'elettroni sò trasferiti à l'elettrodu pusitivu à traversu u circuitu esternu, è i ioni di lithium generati sò ancu trasferiti à l'elettrodu pusitivu attraversu l'elettroliti per reagisce cù sulphur per furmà polysulfide.Lithium (LiPSs), è poi reagisce più per generà sulfuru di lithium per compie u prucessu di scaricamentu.Durante u prucessu di carica, l'ioni di litiu in i LiPS tornanu à l'elettrodu negativu attraversu l'elettrolitu, mentre chì l'elettroni tornanu à l'elettrodu negativu attraversu un circuitu esternu per furmà lithium metal cù ioni di litiu, è i LiPS sò ridotti à sulfuru à l'elettrodu pusitivu per cumpiendu u prucessu di carica.
U prucessu di scaricamentu di batterie di lithium-sulphur hè principarmenti una reazzione elettrochimica cumplessa multi-fase, multi-elettrone, multi-fase nantu à u catodu di zolfo, è LiPS cù lunghezze di catena differenti sò trasfurmati l'un à l'altru durante u prucessu di scaricamentu di carica.Durante u prucessu di scaricamentu, a reazione chì pò accade à l'elettrodu pusitivu hè mostrata in Figura 2, è a reazione à l'elettrodu negativu hè mostrata in Figura 3.
I vantaghji di e batterie di lithium-sulphur sò assai evidenti, cum'è una capacità teorica assai alta;ùn ci hè micca l'ossigenu in u materiale, è a reazione di l'evoluzione di l'ossigenu ùn hè micca accadutu, cusì u rendiment di salvezza hè bonu;risorsi sulphur sò abbundanti è sulphur elementari hè prezzu;hè ecologicu è hà una toxicità bassa.Tuttavia, e batterie di lithium-sulphur anu ancu qualchì prublema sfida, cum'è l'effettu di navetta di lithium polysulfide;l'insulazione di sulphur elementari è i so prudutti di scaricamentu;u prublema di grandi cambiamenti di volumi;u SEI inestabile è i prublemi di sicurità causati da l'anodi di lithium;fenomenu d'autodiscarica, etc.
Cum'è una nova generazione di sistema di batterie sicundariu, batterie di lithium-air è batterie di lithium-sulphur anu assai altu valori teorichi di capacità specifichi, è anu attiratu una grande attenzione da i circadori è u mercatu di batterie secundariu.Attualmente, sti dui batterie sò sempre affruntendu assai prublemi scientifichi è tecnichi.Sò in a prima fase di ricerca di u sviluppu di a bateria.In più di a capacità specifica è a stabilità di u materiale di catodu di a batteria chì deve esse più migliuratu, i prublemi chjave cum'è a sicurezza di a batteria anu da esse risolti urgentemente.In u futuru, sti dui novi tippi di batterie anu sempre bisognu di migliuramentu tecnicu cuntinuu per eliminà i so difetti per apre e prospettive d'applicazione più larghe.
Postu tempu: Apr-07-2023