01 Beth yw batris lithiwm-aer a batris lithiwm-sylffwr?
① Li-aer batri
Mae'r batri lithiwm-aer yn defnyddio ocsigen fel yr adweithydd electrod positif a lithiwm metel fel yr electrod negyddol.Mae ganddo ddwysedd ynni damcaniaethol uchel (3500wh / kg), a gall ei ddwysedd ynni gwirioneddol gyrraedd 500-1000wh / kg, sy'n llawer uwch na'r system batri lithiwm-ion confensiynol.Mae batris lithiwm-aer yn cynnwys electrodau positif, electrolytau ac electrodau negyddol.Mewn systemau batri nad ydynt yn ddyfrllyd, defnyddir ocsigen pur ar hyn o bryd fel y nwy adwaith, felly gellir galw batris lithiwm-aer hefyd yn batris lithiwm-ocsigen.
Yn 1996, Abraham et al.llwyddo i ymgynnull y batri lithiwm-aer di-ddyfrllyd cyntaf yn y labordy.Yna dechreuodd ymchwilwyr roi sylw i adwaith electrocemegol mewnol a mecanwaith batris lithiwm-aer di-ddyfrllyd;yn 2002, darllenodd Read et al.Canfuwyd bod perfformiad electrocemegol batris lithiwm-aer yn dibynnu ar yr electrolyte toddydd a deunyddiau catod aer;yn 2006, Ogasawara et al.defnyddio sbectromedr màs, profwyd am y tro cyntaf bod Li2O2 yn cael ei ocsidio a rhyddhawyd ocsigen yn ystod codi tâl, a gadarnhaodd wrthdroadwyedd electrocemegol Li2O2.Felly, mae batris lithiwm-aer wedi cael llawer o sylw a datblygiad cyflym.
② Batri lithiwm-sylffwr
Mae batri lithiwm-sylffwr yn system batri eilaidd sy'n seiliedig ar adwaith cildroadwy sylffwr cynhwysedd penodol uchel (1675mAh / g) a metel lithiwm (3860mAh / g), gyda foltedd rhyddhau cyfartalog o tua 2.15V.Gall ei ddwysedd egni damcaniaethol gyrraedd 2600wh/kg.Mae gan ei ddeunyddiau crai fanteision cost isel a chyfeillgarwch amgylcheddol, felly mae ganddo botensial datblygu gwych.Gellir olrhain dyfais batris lithiwm-sylffwr yn ôl i'r 1960au, pan wnaeth Herbert ac Ulam gais am batent batri.Roedd prototeip y batri lithiwm-sylffwr hwn yn defnyddio aloi lithiwm neu lithiwm fel y deunydd electrod negyddol, sylffwr fel y deunydd electrod positif ac yn cynnwys aminau dirlawn aliffatig.o electrolyt.Ychydig flynyddoedd yn ddiweddarach, gwellwyd batris lithiwm-sylffwr trwy gyflwyno toddyddion organig megis PC, DMSO, a DMF, a chafwyd batris 2.35-2.5V.Erbyn diwedd y 1980au, profwyd bod etherau yn ddefnyddiol mewn batris lithiwm-sylffwr.Mewn astudiaethau dilynol, mae darganfod electrolytau sy'n seiliedig ar ether, defnyddio LiNO3 fel ychwanegyn electrolyte, a chynnig electrodau positif cyfansawdd carbon / sylffwr wedi agor ffyniant ymchwil batris lithiwm-sylffwr.
02 Egwyddor weithredol batri lithiwm-aer a batri lithiwm-sylffwr
① Li-aer batri
Yn ôl gwahanol daleithiau'r electrolyte a ddefnyddir, gellir rhannu batris lithiwm-aer yn systemau dyfrllyd, systemau organig, systemau hybrid dŵr-organig, a batris lithiwm-aer holl-solet.Yn eu plith, oherwydd cynhwysedd penodol isel batris lithiwm-aer sy'n defnyddio electrolytau seiliedig ar ddŵr, anawsterau wrth ddiogelu metel lithiwm, a gwrthdroadwyedd gwael y system, batris lithiwm-aer organig nad ydynt yn ddyfrllyd a lithiwm-aer holl-solid-state. defnyddir batris yn ehangach ar hyn o bryd.Ymchwil.Cynigiwyd batris lithiwm-aer di-ddyfrllyd gyntaf gan Abraham a Z.Jiang ym 1996. Dangosir hafaliad yr adwaith rhyddhau yn Ffigur 1. Mae'r adwaith codi tâl i'r gwrthwyneb.Mae'r electrolyte yn defnyddio electrolyt organig neu electrolyt solet yn bennaf, ac mae'r cynnyrch rhyddhau yn bennaf yn Li2O2, mae'r cynnyrch yn anhydawdd yn yr electrolyte, ac mae'n hawdd ei gronni ar yr electrod aer positif, gan effeithio ar allu rhyddhau'r batri lithiwm-aer.
Mae gan fatris lithiwm-aer fanteision dwysedd ynni uwch-uchel, cyfeillgarwch amgylcheddol, a phris isel, ond mae eu hymchwil yn dal i fod yn ei fabandod, ac mae llawer o broblemau i'w datrys o hyd, megis catalysis adwaith lleihau ocsigen, y athreiddedd ocsigen a hydroffobigedd electrodau aer, a dadactifadu electrodau aer ac ati.
② Batri lithiwm-sylffwr
Mae batris lithiwm-sylffwr yn bennaf yn defnyddio cyfansoddion elfennol sylffwr neu sylffwr fel deunydd electrod positif y batri, a defnyddir lithiwm metelaidd yn bennaf ar gyfer yr electrod negyddol.Yn ystod y broses ryddhau, mae'r lithiwm metel sydd wedi'i leoli yn yr electrod negyddol yn cael ei ocsidio i golli electron a chynhyrchu ïonau lithiwm;yna trosglwyddir yr electronau i'r electrod positif trwy'r gylched allanol, ac mae'r ïonau lithiwm a gynhyrchir hefyd yn cael eu trosglwyddo i'r electrod positif trwy'r electrolyte i adweithio â sylffwr i ffurfio polysulfide.Lithiwm (LiPSs), ac yna ymateb ymhellach i gynhyrchu sylffid lithiwm i gwblhau'r broses rhyddhau.Yn ystod y broses codi tâl, mae ïonau lithiwm mewn LiPSs yn dychwelyd i'r electrod negyddol trwy'r electrolyte, tra bod electronau'n dychwelyd i'r electrod negyddol trwy gylched allanol i ffurfio metel lithiwm ag ïonau lithiwm, ac mae LiPSs yn cael eu lleihau i sylffwr yn yr electrod positif i gwblhau'r broses codi tâl.
Mae'r broses ryddhau o fatris lithiwm-sylffwr yn bennaf yn adwaith electrocemegol cymhleth aml-gam, aml-electron, aml-gam ar y catod sylffwr, ac mae LiPSs â gwahanol hyd cadwyn yn cael eu trawsnewid i'w gilydd yn ystod y broses rhyddhau tâl.Yn ystod y broses ryddhau, dangosir yr adwaith a all ddigwydd yn yr electrod positif yn Ffigur 2, a dangosir yr adwaith yn yr electrod negyddol yn Ffigur 3.
Mae manteision batris lithiwm-sylffwr yn amlwg iawn, megis gallu damcaniaethol uchel iawn;nid oes ocsigen yn y deunydd, ac ni fydd adwaith esblygiad ocsigen yn digwydd, felly mae'r perfformiad diogelwch yn dda;mae adnoddau sylffwr yn helaeth ac mae sylffwr elfennol yn rhad;mae'n gyfeillgar i'r amgylchedd ac mae ganddo wenwyndra isel.Fodd bynnag, mae gan batris lithiwm-sylffwr rai problemau heriol hefyd, megis yr effaith gwennol polysulfide lithiwm;inswleiddio sylffwr elfennol a'i gynhyrchion rhyddhau;y broblem o newidiadau cyfaint mawr;y SEI ansefydlog a phroblemau diogelwch a achosir gan anodau lithiwm;ffenomen hunan-ryddhau, ac ati.
Fel cenhedlaeth newydd o system batri eilaidd, mae gan batris lithiwm-aer a batris lithiwm-sylffwr werthoedd gallu penodol damcaniaethol uchel iawn, ac maent wedi denu sylw helaeth gan ymchwilwyr a'r farchnad batri eilaidd.Ar hyn o bryd, mae'r ddau batris hyn yn dal i wynebu llawer o broblemau gwyddonol a thechnegol.Maent yn y cyfnod ymchwil cynnar o ddatblygu batri.Yn ogystal â gallu penodol a sefydlogrwydd y deunydd catod batri sydd angen eu gwella ymhellach, mae angen datrys materion allweddol megis diogelwch batri ar frys hefyd.Yn y dyfodol, mae angen gwelliant technegol parhaus ar y ddau fath newydd hyn o fatris o hyd i ddileu eu diffygion er mwyn agor rhagolygon ymgeisio ehangach.
Amser post: Ebrill-07-2023