01 Unsa ang mga baterya sa lithium-air ug mga baterya sa lithium-sulfur?
① Li-air nga baterya
Ang lithium-air battery naggamit sa oxygen isip positibo nga electrode reactant ug metal lithium isip negatibo nga electrode.Kini adunay taas nga theoretical energy density (3500wh/kg), ug ang aktuwal nga energy density niini mahimong moabot sa 500-1000wh/kg, nga mas taas pa kay sa conventional lithium-ion battery system.Ang mga baterya nga lithium-air gilangkuban sa mga positibo nga electrodes, electrolytes ug negatibo nga mga electrodes.Sa non-aqueous nga mga sistema sa baterya, ang puro nga oksiheno gigamit karon isip reaksyon nga gas, busa ang mga baterya sa lithium-air mahimo usab nga tawgon nga mga baterya nga lithium-oxygen.
Niadtong 1996, si Abraham et al.malampusong natigom ang unang non-aqueous lithium-air nga baterya sa laboratoryo.Dayon ang mga tigdukiduki nagsugod sa pagtagad sa internal nga electrochemical reaction ug mekanismo sa non-aqueous lithium-air nga mga baterya;niadtong 2002, Read et al.nakit-an nga ang electrochemical performance sa lithium-air nga mga baterya nagdepende sa electrolyte solvent ug air cathode nga mga materyales;sa 2006, Ogasawara et al.gigamit ang Mass spectrometer, kini napamatud-an sa unang higayon nga ang Li2O2 na-oxidized ug ang oxygen gipagawas sa panahon sa pag-charge, nga nagpamatuod sa electrochemical reversibility sa Li2O2.Busa, ang lithium-air nga mga baterya nakadawat og daghang pagtagad ug paspas nga pag-uswag.
② Lithium-sulfur nga baterya
Ang Lithium-sulfur nga baterya usa ka sekondaryang sistema sa baterya nga gibase sa mabalik nga reaksyon sa taas nga espesipikong kapasidad nga sulfur (1675mAh/g) ug lithium metal (3860mAh/g), nga adunay average nga discharge voltage nga mga 2.15V.Ang theoretical energy density niini mahimong moabot sa 2600wh/kg.Ang mga hilaw nga materyales niini adunay mga bentaha sa mubu nga gasto ug pagkamahigalaon sa kalikopan, busa kini adunay daghang potensyal sa pag-uswag.Ang pag-imbento sa lithium-sulfur nga mga baterya mahimong masubay balik sa 1960s, sa dihang si Herbert ug Ulam mi-apply alang sa usa ka patente sa baterya.Ang prototype niini nga lithium-sulfur nga baterya naggamit sa lithium o lithium alloy isip negatibo nga electrode material, sulfur isip positive electrode material ug gilangkuban sa aliphatic saturated amines.nga electrolyte.Pipila ka tuig ang milabay, ang lithium-sulfur nga mga baterya gipauswag pinaagi sa pagpaila sa mga organikong solvent sama sa PC, DMSO, ug DMF, ug ang 2.35-2.5V nga mga baterya nakuha.Sa ulahing bahin sa 1980s, ang mga ether napamatud-an nga mapuslanon sa lithium-sulfur nga mga baterya.Sa misunod nga mga pagtuon, ang pagkadiskobre sa ether-based electrolytes, ang paggamit sa LiNO3 isip electrolyte additive, ug ang proposal sa carbon/sulfur composite positive electrodes nagbukas sa research boom sa lithium-sulfur nga mga baterya.
02 Ang prinsipyo sa pagtrabaho sa lithium-air nga baterya ug lithium-sulfur nga baterya
① Li-air nga baterya
Sumala sa lain-laing mga estado sa electrolyte nga gigamit, lithium-air batteries mahimong bahinon ngadto sa tubig nga sistema, organic nga sistema, tubig-organic hybrid nga sistema, ug all-solid-estado lithium-air batteries.Lakip kanila, tungod sa ubos nga espesipikong kapasidad sa lithium-air nga mga baterya gamit ang water-based electrolytes, mga kalisud sa pagpanalipod sa lithium metal, ug dili maayo nga reversibility sa sistema, non-aqueous organic lithium-air batteries ug all-solid-state lithium-air. ang mga baterya mas kaylap nga gigamit karon.Pagpanukiduki.Ang non-aqueous lithium-air nga mga baterya unang gisugyot ni Abraham ug Z.Jiang niadtong 1996. Ang discharge reaction equation gipakita sa Figure 1. Ang charging reaction mao ang kaatbang.Ang electrolyte nag-una nga naggamit sa organic electrolyte o solid electrolyte, ug ang discharge nga produkto nag-una sa Li2O2, ang produkto dili matunaw sa electrolyte, ug dali nga matipon sa hangin nga positibo nga electrode, nga makaapekto sa kapasidad sa pagdiskarga sa lithium-air nga baterya.
Ang mga baterya sa lithium-air adunay mga bentaha sa ultra-high energy density, pagkamahigalaon sa kalikopan, ug mubu nga presyo, apan ang ilang panukiduki anaa pa sa iyang pagkabata, ug adunay daghan pa nga mga problema nga masulbad, sama sa catalysis sa oxygen reduction reaction, ang oxygen permeability ug hydrophobicity sa air electrodes, ug ang deactivation sa air electrodes etc.
② Lithium-sulfur nga baterya
Ang lithium-sulfur nga mga baterya nag-una nga naggamit sa elemental sulfur o sulfur-based nga mga compound isip positibo nga electrode material sa baterya, ug ang metallic lithium kasagarang gigamit alang sa negatibo nga electrode.Atol sa proseso sa pag-discharge, ang metal nga lithium nga nahimutang sa negatibo nga electrode na-oxidized aron mawad-an sa usa ka electron ug makamugna og mga lithium ion;unya ang mga electron gibalhin ngadto sa positibo nga electrode pinaagi sa gawas nga sirkito, ug ang namugna lithium ions usab gibalhin ngadto sa positibo nga electrode pinaagi sa electrolyte sa reaksiyon sa sulfur sa pagporma polysulfide.Lithium (LiPSs), ug dayon dugang nga reaksyon aron makamugna og lithium sulfide aron makompleto ang proseso sa pag-discharge.Atol sa proseso sa pag-charge, ang mga lithium ions sa LiPSs mobalik sa negatibo nga electrode pinaagi sa electrolyte, samtang ang mga electron mobalik sa negatibo nga electrode pinaagi sa usa ka eksternal nga sirkito aron maporma ang lithium metal nga adunay lithium ion, ug ang LiPSs gikunhoran ngadto sa sulfur sa positibo nga electrode aron makompleto ang proseso sa pag-charge.
Ang proseso sa pag-discharge sa mga lithium-sulfur nga mga baterya kasagaran usa ka multi-step, multi-electron, multi-phase complex electrochemical reaction sa sulfur cathode, ug ang LiPSs nga adunay lain-laing mga kadena nga gitas-on giusab ngadto sa usag usa atol sa proseso sa pag-charge.Atol sa proseso sa pag-discharge, ang reaksyon nga mahimong mahitabo sa positibo nga electrode gipakita sa Figure 2, ug ang reaksyon sa negatibo nga electrode gipakita sa Figure 3.
Ang mga bentaha sa lithium-sulfur nga mga baterya klaro kaayo, sama sa taas kaayo nga teoretikal nga kapasidad;walay oxygen sa materyal, ug oxygen ebolusyon reaksyon dili mahitabo, mao nga ang kaluwasan performance mao ang maayo;abunda ang mga kahinguhaan sa asupre ug barato ang elemental nga asupre;kini mahigalaon sa kinaiyahan ug adunay ubos nga toxicity.Bisan pa, ang mga baterya sa lithium-sulfur adunay pipila usab nga mahagiton nga mga problema, sama sa lithium polysulfide shuttle effect;ang pagbulag sa elemental nga asupre ug ang mga produkto nga gipagawas niini;ang problema sa dako nga gidaghanon kausaban;ang dili lig-on nga SEI ug mga problema sa kaluwasan tungod sa lithium anodes;panghitabo sa self-discharge, etc.
Ingon usa ka bag-ong henerasyon sa sekondaryang sistema sa baterya, ang mga baterya sa lithium-air ug mga baterya sa lithium-sulfur adunay taas kaayo nga mga kantidad nga piho nga teoretikal nga kapasidad, ug nakadani sa daghang atensyon gikan sa mga tigdukiduki ug sa merkado sa sekondaryang baterya.Sa pagkakaron, kining duha ka mga baterya nag-atubang gihapon sa daghang mga problema sa siyensya ug teknikal.Anaa sila sa sayo nga yugto sa panukiduki sa pag-uswag sa baterya.Dugang pa sa espesipikong kapasidad ug kalig-on sa materyal nga cathode sa baterya nga kinahanglan nga pauswagon pa, ang mga hinungdan nga isyu sama sa pagkaluwas sa baterya kinahanglan usab nga masulbad dayon.Sa umaabot, kining duha ka bag-ong matang sa mga baterya nagkinahanglan gihapon og padayon nga teknikal nga pag-uswag aron mawagtang ang ilang mga depekto aron maablihan ang mas lapad nga mga prospect sa aplikasyon.
Oras sa pag-post: Abr-07-2023