Das Funktionsprinzip von Lithium-Schwefel-Batterien und die bestehenden Probleme

Lithium-Schwefel-Batterie ist eine Art Lithium-Batterie. Es verwendet Schwefel als positive Elektrode der Batterie und eine Art metallisches Lithium als negative Elektrode der Batterie. Der elementare Schwefel ist in der Erde reichlich vorhanden und weist die Merkmale eines niedrigen Preises und der Umweltfreundlichkeit auf.

Einführung einer Lithium-Schwefel-Batterie

Eine Lithium-Schwefel-Batterie ist eine Art Lithium-Batterie, die ein Schwefelelement als positive Elektrode der Batterie und ein Lithiummetall als negative Elektrode verwendet. Elementarer Schwefel ist in der Erde reichlich vorhanden und weist die Merkmale eines niedrigen Preises und der Umweltfreundlichkeit auf. Lithium-Schwefel-Batterien, die Schwefel als positives Elektrodenmaterial verwenden, haben eine höhere theoretische spezifische Kapazität und eine höhere theoretische Batterieenergie und erreichen 1675 mAh / g bzw. 2600 Wh / kg, was viel höher ist als die Kapazität von im Handel erhältlichen Lithium-Kobaltoxid-Batterien (<150 mAh / kg). G). Und Schwefel ist ein umweltfreundliches Element, das keine Umweltverschmutzung verursacht und eine vielversprechende Lithiumbatterie ist.

Lithium-Schwefel-Batterien mit Schwefel als Anodenreaktionssubstanz, der Kathode für Lithium. Entladung, wenn die Kathodenreaktion für Lithiumelektronen in Lithiumionen, die positive Reaktion für Schwefel und Lithiumionen und Elektronen Sulfid erzeugt, die positive und negative Antwort, die durch die Potentialdifferenz bereitgestellt wird, die Entladespannung der Lithiumschwefelbatterien ist. Unter Einwirkung der angelegten Spannung reagieren die positiven und negativen Elektroden der Lithium-Schwefel-Batterie umgekehrt, was der Ladevorgang ist. Entsprechend der Einheitsmasse des elementaren Schwefels vollständig in S2 - kann Strom liefern Schwefel kann geschlossen werden, dass die Theorie der Qualität der entladungsspezifischen Kapazität 1675 mAh / g beträgt, die gleiche kann geschlossen werden, dass die elementare Lithium-theoretische Qualität der entladungsspezifischen Kapazität 3860 mAh / beträgt G. Die Theorie der Lithium-Schwefel-Batterien entlädt eine Spannung von 2,287 V, wenn Schwefel- und Lithiumreaktionen vollständig Lithiumsulfid (Li2S) erzeugen. Die entsprechende Theorie der Lithium-Schwefel-Batterien entlädt Qualität als die Energie von 2600wh / kg.

Im Folgenden werden einige der Lade- und Entladeleistungen von lithiumbatterien beschrieben:

Ausgehend von der Entladekurve sind Lithium-Schwefel-Batterien zwei Entladungsplattformen, Plattform-Hochspannungsplattformen mit 2,4 V und 2,1 V, aber die Kapazität ist sehr hoch und liegt leicht bei + 1000 mAh / g. Es gibt eine Menge im Prozess des Zwischenprodukts Li2S8, Li2S6, Li2S4. Diese Zwischenprodukte sind oft nicht im Weg, ihre Existenz zu Schwefel positiv bringt viele Probleme mit sich, wie Shuttle-Effekt, Löslichkeit, und das Endprodukt sind elektrische Isolatoren Dies verringert die Geschwindigkeit der Reaktionskinetik, verringert die Geschwindigkeitsleistung der Batterie, die Schwefeldichte ist größer als das Produkt Li2S, dh Li2S als S ist flauschiger, so dass die Ausdehnung des Volumens unvermeidlich ist, ist es auch ein unvermeidliches Problem.

Hier sollten wir in der Lage sein, die Probleme zu verstehen, die bei Lithium-Schwefel-Batterien auftreten. Die aktuelle Forschung konzentriert sich im Wesentlichen auf diese Themen, um eine hohe Energiedichte zu erreichen, den Gehalt an positivem S zu verbessern, die Zyklusstabilität und Sicherheit zu verbessern.

Die Probleme von Lithium-Schwefel-Batterien

Hauptprobleme der Lithiumbatterie: Die Lithiumschwefelverbindungen lösen sich im Elektrolyten; Schwefel als nichtleitendes Material, elektrische Leitfähigkeit ist sehr schlecht, schlecht für Batterie hohes Leistungsverhältnis; Schwefel beim Laden und Entladen, die Volumenausdehnung von schmal ist sehr groß, kann den akku beschädigen.

Erstens ist die schlechte elektronische Leitfähigkeit und Ionenleitfähigkeit von elementarem Schwefel, Schwefelmaterialien bei Raumtemperatur, die elektrische Leitfähigkeit von sehr geringem (5,0 × 10 bis 30 s · cm –1), Li2S2 und das Produkt von Li2S auch elektrische Isolatoren nicht förderlich für eine hohe Leistung der Batterie.

Zweitens löst sich das Zwischenentladungsprodukt der Lithium-Schwefel-Batterie im organischen Elektrolyten auf, wodurch die Viskosität des Elektrolyten erhöht und die Ionenleitfähigkeit verringert wird. Polysulfidionen können zwischen der positiven und der negativen Elektrode wandern, was zum Verlust von aktivem Material und zur Verschwendung elektrischer Energie führt (Shuttle-Effekt). Das gelöste Polysulfid diffundiert über den Separator zur negativen Elektrode und reagiert mit der negativen Elektrode, um den Festelektrolyt-Grenzflächenfilm (SEI-Film) der negativen Elektrode zu zerstören.

Drittens entladen Lithium-Schwefel-Batterien die elektronische Isolierung des Produkts Li2Sn (n = 1 ~ 2) und lösen sich nicht im Elektrolyten, der auf der Oberfläche des leitenden Rahmens abgelagert ist. Ein Teil des Lithiumsulfids aus dem leitenden Rahmen, keineswegs der Ladevorgang der reversiblen Reaktion zu Schwefel oder Polysulfid höherer Ordnung, verursachte die starke Abschwächung der Kapazität.

Viertens betrug die Dichte von Lithiumschwefel und Sulfid 2,07 und 1,66 g · cm & supmin; ³, während beim Laden und Entladen bis zu 79% der Volumenexpansion / -kontraktion betragen, führt diese Expansion zu positiven Änderungen in der Morphologie und Struktur, Ursache durch Schwefel und leitenden Rahmen, was zur Kapazität der Dämpfung führt; Der Volumeneffekt unter den Knopfbatterien war nicht signifikant, aber bei großer Lautstärke wird der Effekt in der Batterie verstärkt, hat eine signifikante Kapazitätsdämpfung, kann die Batterie beschädigen, die enorme Volumenänderung der Elektrodenstruktur würde zerstört.

Fünftens verwendet die Lithium-Schwefel-Batterie metallisches Lithium als negative Elektrode. Zusätzlich zu der hohen Aktivität des metallischen Lithiums selbst erfährt die negative Elektrode des metallischen Lithiums während des Ladens und Entladens eine Volumenänderung, und es bilden sich leicht Dendriten.

Sechstens werden Untersuchungen im Labormaßstab von Lithium-Schwefel-Batterien durchgeführt. Die Schwefelbeladung pro Flächeneinheit liegt im Allgemeinen unter 3,0 mg · cm & supmin; ². Die Forschung an polaren Hochlastspektrometern ist von großem Wert, um Hochleistungs-Lithium-Schwefel-Batterien zu erhalten.

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