01 Lityum hava pilleri ve lityum kükürt pilleri nedir?
① Li-hava pili
Lityum hava pili, pozitif elektrot tepkeni olarak oksijeni ve negatif elektrot olarak metal lityumu kullanır.Yüksek bir teorik enerji yoğunluğuna (3500wh/kg) sahiptir ve gerçek enerji yoğunluğu, geleneksel lityum-iyon pil sisteminden çok daha yüksek olan 500-1000wh/kg'a ulaşabilir.Lityum hava pilleri pozitif elektrotlar, elektrolitler ve negatif elektrotlardan oluşur.Susuz pil sistemlerinde, şu anda reaksiyon gazı olarak saf oksijen kullanılmaktadır, bu nedenle lityum-hava pillerine lityum-oksijen piller de denilebilir.
1996 yılında Abraham ve ark.laboratuvarda ilk sulu olmayan lityum hava pilini başarıyla monte etti.Daha sonra araştırmacılar, sulu olmayan lityum-hava pillerinin dahili elektrokimyasal reaksiyonuna ve mekanizmasına dikkat etmeye başladılar;2002'de Read ve ark.lityum hava pillerinin elektrokimyasal performansının elektrolit çözücü ve hava katod malzemelerine bağlı olduğunu buldu;2006 yılında Ogasawara ve ark.Kütle spektrometresi kullanıldı, ilk kez Li2O2'nin oksitlendiği ve şarj sırasında oksijenin salındığı kanıtlandı, bu da Li2O2'nin elektrokimyasal tersinirliğini doğruladı.Bu nedenle, lityum hava pilleri çok ilgi gördü ve hızlı bir şekilde geliştirildi.
② Lityum-kükürt pil
Lityum-kükürt pil, yüksek özgül kapasiteli kükürt (1675 mAh/g) ve lityum metalin (3860 mAh/g) tersinir reaksiyonuna dayanan, yaklaşık 2,15 V ortalama deşarj voltajına sahip ikincil bir pil sistemidir.Teorik enerji yoğunluğu 2600wh/kg'a ulaşabilir.Hammaddeleri, düşük maliyetli ve çevre dostu olma avantajlarına sahiptir, bu nedenle büyük geliştirme potansiyeline sahiptir.Lityum kükürt pillerin icadı, Herbert ve Ulam'ın pil patenti için başvurduğu 1960'lara kadar izlenebilir.Bu lityum kükürt pilinin prototipi, negatif elektrot malzemesi olarak lityum veya lityum alaşımı, pozitif elektrot malzemesi olarak kükürt kullandı ve alifatik doymuş aminlerden oluşuyordu.elektrolit.Birkaç yıl sonra, PC, DMSO ve DMF gibi organik çözücüler getirilerek lityum-kükürt piller geliştirildi ve 2.35-2.5V piller elde edildi.1980'lerin sonunda, eterlerin lityum-kükürt pillerde yararlı olduğu kanıtlandı.Daha sonraki çalışmalarda, eter bazlı elektrolitlerin keşfi, elektrolit katkı maddesi olarak LiNO3'ün kullanılması ve karbon/kükürt kompozit pozitif elektrotların önerilmesi, lityum-kükürt pillerin araştırma patlamasını başlatmıştır.
02 Lityum hava pili ve lityum kükürt pilinin çalışma prensibi
① Li-hava pili
Kullanılan elektrolitin farklı durumlarına göre, lityum hava pilleri sulu sistemlere, organik sistemlere, su-organik hibrit sistemlere ve tamamen katı hal lityum hava pillerine ayrılabilir.Bunlar arasında, su bazlı elektrolitler kullanan lityum hava pillerinin düşük özgül kapasitesi, lityum metali korumadaki güçlükler ve sistemin zayıf tersinirliği nedeniyle, sulu olmayan organik lityum hava pilleri ve tamamen katı hal lityum hava Piller şu anda daha yaygın olarak kullanılmaktadır.Araştırma.Susuz lityum hava pilleri ilk olarak 1996 yılında Abraham ve Z.Jiang tarafından önerildi. Boşalma reaksiyonu denklemi Şekil 1'de gösterilmektedir. Şarj reaksiyonu tam tersidir.Elektrolit esas olarak organik elektrolit veya katı elektrolit kullanır ve deşarj ürünü esas olarak Li2O2'dir, ürün elektrolitte çözünmez ve lityum hava pilinin deşarj kapasitesini etkileyen hava pozitif elektrot üzerinde birikmesi kolaydır.
Lityum hava pilleri, ultra yüksek enerji yoğunluğu, çevre dostu olma ve düşük fiyat avantajlarına sahiptir, ancak araştırmaları henüz emekleme aşamasındadır ve oksijen indirgeme reaksiyonunun katalizi gibi çözülmesi gereken birçok sorun vardır. hava elektrotlarının oksijen geçirgenliği ve hidrofobikliği ve hava elektrotlarının devre dışı bırakılması vb.
② Lityum-kükürt pil
Lityum kükürt piller, pilin pozitif elektrot malzemesi olarak temel olarak kükürt veya kükürt bazlı bileşikler kullanır ve negatif elektrot için çoğunlukla metalik lityum kullanılır.Deşarj işlemi sırasında, negatif elektrotta bulunan metal lityum oksitlenerek bir elektron kaybeder ve lityum iyonları üretilir;daha sonra elektronlar dış devre yoluyla pozitif elektrota aktarılır ve üretilen lityum iyonları da polisülfit oluşturmak için kükürt ile reaksiyona girmek üzere elektrolit yoluyla pozitif elektrota aktarılır.Lityum (LiPS'ler) ve daha sonra deşarj işlemini tamamlamak için lityum sülfit üretmek üzere reaksiyona girer.Şarj işlemi sırasında, LiPS'lerdeki lityum iyonları elektrolit yoluyla negatif elektrota geri dönerken, elektronlar harici bir devre yoluyla negatif elektrota dönerek lityum iyonları ile lityum metali oluşturur ve LiPS'ler pozitif elektrotta sülfüre indirgenerek şarj işlemini tamamlar. şarj işlemi.
Lityum-kükürt pillerin deşarj işlemi, esas olarak kükürt katot üzerinde çok aşamalı, çok elektronlu, çok fazlı karmaşık bir elektrokimyasal reaksiyondur ve şarj-deşarj işlemi sırasında farklı zincir uzunluklarına sahip LiPS'ler birbirine dönüştürülür.Deşarj işlemi sırasında pozitif elektrotta meydana gelebilecek reaksiyon Şekil 2'de, negatif elektrotta meydana gelebilecek reaksiyon ise Şekil 3'te gösterilmiştir.
Lityum-kükürt pillerin avantajları çok açıktır, örneğin çok yüksek teorik kapasite;malzemede oksijen yoktur ve oksijen evrimi reaksiyonu oluşmayacaktır, bu nedenle güvenlik performansı iyidir;kükürt kaynakları bol ve elementel kükürt ucuz;çevre dostudur ve düşük toksisiteye sahiptir.Bununla birlikte, lityum kükürt pillerin lityum polisülfit mekik etkisi gibi bazı zorlayıcı sorunları da vardır;elemental kükürt ve deşarj ürünlerinin izolasyonu;büyük hacim değişiklikleri sorunu;lityum anotların neden olduğu kararsız SEI ve güvenlik sorunları;kendi kendine deşarj fenomeni vb.
Yeni nesil bir ikincil pil sistemi olarak, lityum hava pilleri ve lityum kükürt piller çok yüksek teorik özgül kapasite değerlerine sahiptir ve araştırmacıların ve ikincil pil pazarının yoğun ilgisini çekmiştir.Şu anda, bu iki pil hala birçok bilimsel ve teknik sorunla karşı karşıya.Pil geliştirmenin erken araştırma aşamasındalar.Batarya katot malzemesinin spesifik kapasitesinin ve kararlılığının daha da iyileştirilmesine ek olarak, batarya güvenliği gibi önemli konuların da acilen çözülmesi gerekiyor.Gelecekte, bu iki yeni pil türü, daha geniş uygulama olasılıkları açmak için kusurlarını ortadan kaldırmak için sürekli teknik iyileştirmeye ihtiyaç duymaktadır.
Gönderim zamanı: Nis-07-2023