מהי סוללת ליתיום-גופרית?

סוללות ליתיום-יון (LiCo02) הן אינטראקציה של אלקטרון יחיד, ואילו סוללות ליתיום-גופרית הן חמצון של 8-אלקטרונים, ולכן לסוללות ליתיום-גופרית יש התיאוריה שהן קיבולת של פי 7-8 מסוללות ליתיום-יון. למרות שסוללות ליתיום פולימריות היו בשימוש נרחב במוצרי 3C, בגלל צפיפות האנרגיה המוגבלת, כלומר חיי הסוללה המוגבלים, יש לטעון אותם לעתים קרובות, וזה דבר מטריד. התחושה האינטואיטיבית ביותר היא שלאחר החלפת הטלפון החכם, כולם טוענים כל יום, ואפילו אוצר הטעינה לא עוזב את המדינה. החברה של ימינו זקוקה לסוג חדש של סוללת ליתיום-יון בעלות נמוכה, ללא זיהום, ביצועים יציבים, יכולת ספציפית גדולה וצפיפות אנרגיה גבוהה כדי לענות על צורכי חיי סוללה ארוכים יותר ומהירות טעינה מהירה יותר.

היסטוריית פיתוח סוללות ליתיום-גופרית: לסוללות ליתיום-יון יש היסטוריה של יותר מ -30 שנה, וסוללות ליתיום-גופרית צעירות יותר. בשנת 1962, הרבט ואולם הציעו לראשונה להשתמש בגופרית כחומר קתודי ופרכלור אלקליין כאלקטרוליט.

מערכת הליתיום-גופרית המוקדמת נחקרה כסוללה ראשונית ואף סוחרה לזמן מה, אך מאוחר יותר הוחלפה בסוללות נטענות והונחה. בשנת 2009, לינדה פ. נזאר הציעה סוללה נטענת משנית ליתיום-גופרית על חומרי הטבע והשתמשה ב- CMK-3 כדי להשיג קיבולת ספציפית גבוהה של 1320mAh / g. מאז, סוללות ליתיום-גופרית פתחו באמת פרק בפיתוח.

העיקרון של סוללת ליתיום-גופרית: האלקטרודה החיובית של סוללת ליתיום-גופרית היא חומר המכיל גופרית או גופרית, והאלקטרודה השלילית היא ליתיום. המתח הממוצע הוא 2.1 וולט. בתיאוריה, למערכת הליתיום-גופרית (Li-S) קיבולת ספציפית של 1672mAh / g וצפיפות אנרגיה של 2600Wh / kg. זוהי סוללת ליתיום יון מסחרית עם LiCo02 כאלקטרודה החיובית (קיבולת ספציפית תיאורטית 273.8mAh / g, צפיפות אנרגיה 360Wh / kg) בערך פי 7. בהשוואה לסוללות ליתיום-יון רגילות, טיבן של פריקת סוללות ליתיום-גופרית אינו פירוק יונים של ליתיום-יון, אלא תהליך חיזור המלווה במספר רב של מוצרי ביניים. במהלך תהליך הפריקה של סוללת פריקת ליתיום-גופרית, גופרית אלמנטרית מגיבה עם Li מפתיחת הטבעת של S8 מחזורית, וההמרה מ- Li2S8 ארוכת-שרשרת ל- Li2S קצר-שרשרת מלווה בשתי פלטפורמות פריקה ברורות, פריקה פוטנציאלית גבוהה הפלטפורמה היא 2.45V—- 2.1V, התהליך יכול להיחשב כמות גדולה של S8 ל- S42- המרה, ופריקה עם פוטנציאל נמוך היא 2.1V-1.7V, תהליך זה הוא כמות גדולה של S42- לתוך S22- ו- S2 -. מצד שני, דרגות המרה שונות תואמות גם את הקיבולים השונים.

משוואת תגובת הפריקה היא כדלקמן:

אלקטרודה חיובית: S8 {{1}} 16Li+e- → 8Li2S

אלקטרודה שלילית: Li → Li++e-

תגובה כוללת: 2Li + nS → Li2Sn → Li2S

סוללות ליתיום-יון רגילות הן אינטראקציה של אלקטרון יחיד, וסוללות ליתיום-גופרית הן חמצון של 8 אלקטרונים, ולכן יש להם פי 7-8 את היכולת התיאורטית וצפיפות האנרגיה. בדומה לסוללות ליתיום-יון מסורתיות, סוללות ליתיום-גופרית מורכבות מאלקטרודה חיובית, אלקטרודה שלילית, מפריד, אלקטרוליט ומפריד. לכן, סוללות ליתיום-גופרית נחשבות לחלופה המבטיחה ביותר לסוללות ליתיום-יון והופכות למקור אנרגיה חדש לדור חדש של ציוד לאחסון אנרגיה.

חומרי קתודות גופרית הם גורם מפתח המגביל את פיתוחם ויישומם של סוללות ליתיום-גופרית, ולכן אנו מתמקדים בקתודות גופרית. נכון לעכשיו, לקתודת הגופרית של מערכת הליתיום-גופרית יש גם כמה בעיות שיש לפתור: אפקט הסעה, מוליכות ירודה והרחבת נפח.

1. פוליסולפידים מתמוססים בתהליך הפריקה (Li2Sx, 3 ＜ x ＜ 8), וכתוצאה מכך נוצרת תגובת דיספורמציה מורכבת ותגובת GG; השפעת מעבורת" ;, גורמת לכמות גדולה של פריקה עצמית, מפחיתה את היעילות והמחזור של קולומב. ביצועים, וגורמים לירידת יכולת בלתי הפיכה;

2. המוליכות של גופרית אלמנטרית ותוצר הפריקה ליתיום גופרתי נמוכה, המוליכות של S (5 × 10-30S / cm, 25 ℃), המוליכות של Li2S / Li2S2 (~ 10-30S / cm), וכתוצאה מכך השימוש בגופרית רק כ- 50-70%.

3. לשינוי מ- orthorhombic α-S (ρ1=2.03g / cm3) ל- Li2S עם מבנה פלואורטי הפוך (ρ2=1.66g / cm3) יש התפשטות נפח גדולה, הורסת את מבנה האלקטרודה ומשפיעה על יציבות המחזור.