Hvað er litíum-brennisteins rafhlaða?

Litíumjónarafhlöður (LiCo02) eru einrafeindavíkkun, en litíum-brennisteinsrafhlöður eru 8-rafeind redox, þannig að litíum-brennisteinsrafhlöður hafa þá kenningu að þær séu 7-8 sinnum stærri en litíumjónarafhlöður. Þrátt fyrir að fjölliða litíum rafhlöður hafi verið mikið notaðar í 3C vörum, vegna takmarkaðrar orkuþéttleika, það er takmarkaðrar endingu rafhlöðunnar, þarf að hlaða þær oft, sem er erfiður hlutur. Tilfinnanlegasta tilfinningin er sú að eftir að skipt hefur verið um snjallsímann eru allir að hlaða á hverjum degi og jafnvel hleðslufjársjóðurinn er ekki á förum frá ríkinu. Samfélagið í dag þarf nýja tegund af litíum-rafhlöðum með litlum tilkostnaði, engin mengun, stöðugri afköst, mikla sérstaka getu og mikla orkuþéttleika til að mæta þörfum lengri endingu rafhlöðunnar og hraðari hleðslutíma.

Saga þróun litíum-brennisteinsrafhlöðu: Litíumjónarafhlöður hafa sögu í meira en 30 ár og litíum-brennisteinsrafhlöður eru yngri. Árið 1962 lögðu Herbet og Ulam fyrst til að nota brennistein sem bakskautsefni og basískt perklórat sem raflausnina.

Snemma litíum-brennisteins kerfið var rannsakað sem aðal rafhlaða og jafnvel markaðssett um tíma, en síðar var skipt út fyrir endurhlaðanlegar rafhlöður og sett í bið. Árið 2009 lagði Linda F. Nazar til litíum-brennisteins endurhlaðanlega rafhlöðu á Nature Materials og notaði CMK-3 til að ná mikilli sérstakri getu 1320mAh / g. Síðan þá hafa litíum-brennisteinsrafhlöður sannarlega opnað kafla í þróun.

Meginreglan um litíum-brennisteinsrafhlöðu: jákvæða rafskaut litíum-brennisteinsrafhlöðu er efni sem inniheldur brennistein eða brennistein, og neikvæða rafskautið er litíum. Meðal spenna er 2,1V. Fræðilega séð hefur litíum-brennisteinskerfið (Li-S) sértæka getu 1672mAh / g og orkuþéttleika 2600Wh / kg. Það er hefðbundin litíumjón rafhlaða með LiCo02 sem jákvæða rafskautið (fræðileg sérstök getu 273.8mAh / g, orkuþéttleiki 360Wh / kg) um það bil 7 sinnum. Í samanburði við venjulegar litíumjónarafhlöður er eðli útskriftar litíum-brennisteinsrafhlöður ekki einfalt afdráttur litíumjóna, heldur redox ferli sem fylgir miklum fjölda millivöru. Meðan á losunarferli litíum-brennisteins útskriftar rafhlöðu bregst frumefni brennisteinn við Li frá hringopnun hringrásar S8, og umbreytingin frá langkeðju Li2S8 í skammkeðju Li2S fylgir tveimur augljósum losunarvettvangi, mikil hugsanleg útskrift pallur er 2.45V—- 2.1V, ferlið getur talist mikið magn af S8 til S42- umbreytingu, og losun með litlum möguleikum er 2.1V-1.7V, þetta ferli er mikið magn af S42- í S22- og S2 -. Á hinn bóginn samsvarar mismunandi ummyndunarstig einnig mismunandi rýmdum.

Jöfnun viðbragða við losun er sem hér segir:

Jákvæð rafskaut: S8 {{1}} 16Li+e- → 8Li2S

Neikvæð rafskaut: Li → Li++e-

Heildarviðbrögð: 2Li + nS → Li2Sn → Li2S

Venjulegir litíumjónarafhlöður eru einrafeindavíkkun og litíum-brennisteinsrafhlöður eru 8-rafeind enduroxun, þannig að þær hafa 7-8 sinnum fræðilega getu og orkuþéttleika. Líkur á hefðbundnum litíumjónarafhlöðum, litíum-brennisteinsrafhlöður samanstanda af jákvæðri rafskauti, neikvæðri rafskauti, skilju, raflausn og skilju. Þess vegna eru litíum-brennisteinsrafhlöður taldar vænlegasti kosturinn við hefðbundnar litíum-rafhlöður og verða ný orkugjafi nýrrar kynslóðar orkubirgða.

Brennisteinsskautsefni eru lykilatriði sem takmarka þróun og notkun litíum-brennisteinsrafhlöðu, þannig að við einbeitum okkur að brennisteinsskautum. Á þessari stundu hefur brennisteinsskaut litíum-brennisteins kerfisins einnig nokkur vandamál sem þarf að leysa: skutluáhrif, léleg leiðni og magnþensla.

1. Pólýsúlfíð leysast upp meðan á losunarferlinu stendur (Li2Sx, 3 ＜ x, 8), sem hefur í för með sér flókið hlutfallslegt viðbrögð og" skutluáhrif" ;, sem veldur miklu magni af sjálfsafrennsli, sem dregur úr Coulomb skilvirkni og hringrás árangur, og veldur óafturkræfri niðurbroti á getu;

2. Leiðni frumefna brennisteins og losunarafurðin litíumsúlfíð er lítil, leiðni S (5 × 10-30S / cm, 25 ℃), leiðni Li2S / Li2S2 (~ 10-30S / cm), sem leiðir til nýting brennisteins aðeins Um 50-70%.

3. Umbreytingin frá orthorhombic α-S (ρ1=2,03g / cm3) í Li2S með andhverfu flúorít uppbyggingu (ρ2=1,66g / cm3) hefur mikla rúmmálsþenslu, eyðileggur rafskautsbygginguna og hefur áhrif á stöðugleika hringrásarinnar.