01 Kio estas litio-aeraj kuirilaroj kaj litio-sulfuraj kuirilaroj?
① Li-aera baterio
La litio-aera baterio uzas oksigenon kiel la pozitivan elektrodreaganton kaj metalan lition kiel la negativan elektrodon.Ĝi havas altan teorian energian densecon (3500wh/kg), kaj ĝia fakta energia denseco povas atingi 500-1000wh/kg, kio estas multe pli alta ol la konvencia litio-jona bateriosistemo.Litio-aeraj baterioj estas kunmetitaj de pozitivaj elektrodoj, elektrolitoj kaj negativaj elektrodoj.En ne-akvaj bateriosistemoj, pura oksigeno estas nuntempe uzata kiel la reakcia gaso, do litio-aeraj kuirilaroj ankaŭ povas esti nomitaj litio-oksigenaj baterioj.
En 1996, Abraham et al.sukcese kunvenis la unuan ne-akvan litian-aeran kuirilaron en la laboratorio.Tiam esploristoj komencis atenti la internan elektrokemian reakcion kaj mekanismon de neakvaj litio-aeraj kuirilaroj;en 2002, Read et al.trovis, ke la elektrokemia agado de litio-aeraj kuirilaroj dependas de la elektrolita solvilo kaj aerkatodo-materialoj;en 2006, Ogasawara et al.uzita Masa spektrometro, estis pruvite por la unua fojo, ke Li2O2 estis oksigenita kaj oksigeno estis liberigita dum ŝargado, kio konfirmis la elektrokemian inversigeblecon de Li2O2.Tial, litio-aeraj kuirilaroj ricevis multan atenton kaj rapidan disvolviĝon.
② Litio-sulfura kuirilaro
Litio-sulfura baterio estas sekundara bateriosistemo bazita sur la reigebla reago de alta specifa kapablo sulfuro (1675mAh/g) kaj litia metalo (3860mAh/g), kun averaĝa malŝarĝa tensio de ĉirkaŭ 2.15V.Ĝia teoria energia denseco povas atingi 2600wh/kg.Ĝiaj krudaĵoj havas la avantaĝojn de malalta kosto kaj ekologia amikeco, do ĝi havas grandan disvolvan potencialon.La invento de litio-sulfuraj baterioj povas esti spurita reen al la 1960-aj jaroj, kiam Herbert kaj Ulam petis pri bateria patento.La prototipo de ĉi tiu litio-sulfura baterio uzis lition aŭ litian alojon kiel negativan elektrodmaterialon, sulfuron kiel pozitivan elektrodmaterialon kaj kunmetitan de alifataj saturitaj aminoj.de elektrolito.Kelkajn jarojn poste, litio-sulfuraj baterioj estis plibonigitaj enkondukante organikajn solvilojn kiel ekzemple komputilo, DMSO, kaj DMF, kaj 2.35-2.5V baterioj estis akiritaj.De la malfruaj 1980-aj jaroj, eteroj pruviĝis esti utilaj en litio-sulfuraj baterioj.En postaj studoj, la eltrovo de eter-bazitaj elektrolitoj, la uzo de LiNO3 kiel elektrolita aldonaĵo, kaj la propono de karbono/sulfuraj kunmetitaj pozitivaj elektrodoj malfermis la esploran eksplodon de litio-sulfuraj baterioj.
02 Funkcia principo de litio-aera baterio kaj litio-sulfura baterio
① Li-aera baterio
Laŭ la malsamaj statoj de la elektrolito uzata, litio-aeraj kuirilaroj povas esti dividitaj en akvaj sistemoj, organikaj sistemoj, akvo-organikaj hibridaj sistemoj, kaj tute solidaj litio-aeraj kuirilaroj.Inter ili, pro la malalta specifa kapablo de litio-aeraj kuirilaroj uzantaj akvobazitajn elektrolitojn, malfacilaĵoj en protektado de litio-metalo, kaj malbona reigebleco de la sistemo, ne-akvaj organikaj litio-aeraj baterioj kaj tute solid-stato litio-aero. piloj estas pli vaste uzataj nuntempe.Esploro.Ne-akvaj litio-aeraj baterioj estis unue proponitaj de Abraham kaj Z.Jiang en 1996. La senŝargireakcia ekvacio estas montrita en Figuro 1. La ŝarĝa reago estas la malo.La elektrolito ĉefe uzas organikan elektroliton aŭ solidan elektroliton, kaj la malŝarĝa produkto estas ĉefe Li2O2, la produkto estas nesolvebla en la elektrolito, kaj estas facile amasigebla sur la aero pozitiva elektrodo, influante la malŝarĝan kapablon de la litio-aera baterio.
Litio-aeraj kuirilaroj havas la avantaĝojn de ultra-alta energidenso, ekologia amikeco, kaj malalta prezo, sed ilia esplorado estas ankoraŭ en sia infanaĝo, kaj estas ankoraŭ multaj problemoj por solvi, kiel la katalizo de oksigenredukta reago, la oksigenpermeablo kaj hidrofobeco de aerelektrodoj, kaj la malaktivigo de aerelektrodoj ktp.
② Litio-sulfura kuirilaro
Litio-sulfuraj kuirilaroj ĉefe uzas elementan sulfuron aŭ sulfur-bazitajn komponaĵojn kiel la pozitivan elektrodmaterialon de la baterio, kaj metala litio estas ĉefe uzata por la negativa elektrodo.Dum la malŝarĝa procezo, la metala litio situanta ĉe la negativa elektrodo estas oksigenita por perdi elektronon kaj generi litiajn jonojn;tiam la elektronoj estas transdonitaj al la pozitiva elektrodo tra la ekstera cirkvito, kaj la generitaj litiojonoj ankaŭ estas transdonitaj al la pozitiva elektrodo tra la elektrolito por reagi kun sulfuro por formi polisulfidon.Litio (LiPSoj), kaj tiam plu reagas por generi litian sulfidon por kompletigi la senŝargiĝprocezon.Dum la ŝarĝoprocezo, litiojonoj en LiPSoj revenas al la negativa elektrodo tra la elektrolito, dum elektronoj revenas al la negativa elektrodo tra ekstera cirkvito por formi litian metalon kun litiojonoj, kaj LiPSoj estas reduktitaj al sulfuro ĉe la pozitiva elektrodo por kompletigi la ŝarĝa procezo.
La malŝarĝa procezo de litio-sulfuraj kuirilaroj estas ĉefe plurpaŝa, mult-elektrona, plurfaza kompleksa elektrokemia reago sur la sulfura katodo, kaj LiPS-oj kun malsamaj ĉenlongoj estas transformitaj en unu la alian dum la ŝargo-senŝargi procezo.Dum la malŝarĝa procezo, la reago kiu povas okazi ĉe la pozitiva elektrodo estas montrita en Figuro 2, kaj la reago ĉe la negativa elektrodo estas montrita en Figuro 3.
La avantaĝoj de litio-sulfuraj kuirilaroj estas tre evidentaj, kiel tre alta teoria kapablo;ne estas oksigeno en la materialo, kaj oksigena evolua reago ne okazos, do la sekureca agado estas bona;sulfurresursoj estas abundaj kaj elementa sulfuro estas malmultekosta;ĝi estas ekologiema kaj havas malaltan toksecon.Tamen, litio-sulfuraj kuirilaroj ankaŭ havas kelkajn malfacilajn problemojn, kiel ekzemple la litia polisulfida naveda efiko;la izolado de elementa sulfuro kaj ĝiaj malŝarĝaj produktoj;la problemo de grandaj volumoŝanĝoj;la malstabila SEI kaj sekurecaj problemoj kaŭzitaj de litiaj anodoj;fenomeno de mem-senŝargiĝo ktp.
Kiel nova generacio de malĉefaj bateriosistemoj, litio-aeraj kuirilaroj kaj litio-sulfuraj kuirilaroj havas tre altajn teoriajn specifajn kapacitajn valorojn, kaj altiris ampleksan atenton de esploristoj kaj la malĉefa bateriomerkato.Nuntempe ĉi tiuj du kuirilaroj ankoraŭ alfrontas multajn sciencajn kaj teknikajn problemojn.Ili estas en la frua esplora stadio de baterio-disvolviĝo.Krom la specifa kapablo kaj stabileco de la bateria katoda materialo, kiu bezonas esti plu plibonigita, ankaŭ ŝlosilaj aferoj kiel bateria sekureco devas esti urĝe solvitaj.En la estonteco, ĉi tiuj du novaj specoj de kuirilaroj ankoraŭ bezonas kontinuan teknikan plibonigon por forigi siajn difektojn por malfermi pli larĝajn aplikajn perspektivojn.
Afiŝtempo: Apr-07-2023