01 Çfarë janë bateritë litium-ajër dhe bateritë litium-squfur?
① Bateria litium-ajër
Bateria litium-ajër përdor oksigjenin si reaktant pozitiv të elektrodës dhe litiumin metalik si elektrodë negative.Ka një densitet të lartë teorik të energjisë (3500wh/kg), dhe densiteti aktual i energjisë mund të arrijë 500-1000wh/kg, që është shumë më i lartë se sistemi konvencional i baterive litium-jon.Bateritë litium-ajër përbëhen nga elektroda pozitive, elektrolite dhe elektroda negative.Në sistemet e baterive jo ujore, oksigjeni i pastër përdoret aktualisht si gaz i reagimit, kështu që bateritë litium-ajër mund të quhen gjithashtu bateri litium-oksigjen.
Në vitin 1996, Abraham et al.montoi me sukses baterinë e parë litium-ajër jo ujor në laborator.Pastaj studiuesit filluan t'i kushtojnë vëmendje reaksionit të brendshëm elektrokimik dhe mekanizmit të baterive litium-ajër jo ujore;në 2002, Read et al.zbuloi se performanca elektrokimike e baterive litium-ajër varej nga tretësi i elektrolitit dhe materialet e katodës së ajrit;në 2006, Ogasawara et al.Përdorimi i spektrometrit të masës, u vërtetua për herë të parë se Li2O2 u oksidua dhe u lëshua oksigjen gjatë karikimit, gjë që konfirmoi kthyeshmërinë elektrokimike të Li2O2.Prandaj, bateritë litium-ajër kanë marrë shumë vëmendje dhe zhvillim të shpejtë.
② Bateria litium-squfuri
Bateria litium-squfuri është një sistem baterie dytësore i bazuar në reagimin e kthyeshëm të squfurit me kapacitet të lartë specifik (1675 mAh/g) dhe metalit litium (3860 mAh/g), me një tension mesatar shkarkimi prej rreth 2.15 V.Dendësia e saj teorike e energjisë mund të arrijë 2600wh/kg.Lëndët e para të saj kanë avantazhet e kostos së ulët dhe mirëdashjes mjedisore, kështu që ka një potencial të madh zhvillimi.Shpikja e baterive litium-squfuri mund të gjurmohet në vitet 1960, kur Herbert dhe Ulam aplikuan për një patentë baterie.Prototipi i kësaj baterie litium-squfuri përdorte litium ose aliazh litium si material elektrodë negative, squfur si material elektrodë pozitive dhe i përbërë nga amina të ngopura alifatike.të elektrolitit.Disa vite më vonë, bateritë litium-squfur u përmirësuan duke futur tretës organikë si PC, DMSO dhe DMF, dhe u përftuan bateri 2.35-2.5V.Nga fundi i viteve 1980, eteret u vërtetuan se ishin të dobishëm në bateritë litium-squfur.Në studimet e mëvonshme, zbulimi i elektroliteve me bazë eteri, përdorimi i LiNO3 si një shtesë elektroliti dhe propozimi i elektrodave pozitive të përbërë karbon/squfur kanë hapur bumin kërkimor të baterive litium-squfur.
02 Parimi i punës së baterisë litium-ajër dhe bateri litium-squfuri
① Bateria litium-ajër
Sipas gjendjeve të ndryshme të elektrolitit të përdorur, bateritë litium-ajër mund të ndahen në sisteme ujore, sisteme organike, sisteme hibride ujë-organike dhe bateri litium-ajër në gjendje të ngurtë.Midis tyre, për shkak të kapacitetit të ulët specifik të baterive litium-ajër që përdorin elektrolite me bazë uji, vështirësitë në mbrojtjen e metalit të litiumit dhe kthyeshmëria e dobët e sistemit, bateritë organike litium-ajër jo ujore dhe litium-ajër në gjendje të ngurtë. bateritë përdoren më gjerësisht aktualisht.Hulumtimi.Bateritë litium-ajër jo-ujore u propozuan për herë të parë nga Abraham dhe Z.Jiang në 1996. Ekuacioni i reagimit të shkarkimit është paraqitur në figurën 1. Reaksioni i karikimit është i kundërt.Elektroliti përdor kryesisht elektrolit organik ose elektrolit të ngurtë, dhe produkti i shkarkimit është kryesisht Li2O2, produkti është i pazgjidhshëm në elektrolit dhe është i lehtë për t'u grumbulluar në elektrodën pozitive të ajrit, duke ndikuar në kapacitetin e shkarkimit të baterisë litium-ajër.
Bateritë litium-ajër kanë avantazhet e densitetit ultra të lartë të energjisë, mirëdashjes ndaj mjedisit dhe çmimit të ulët, por kërkimi i tyre është ende në fillimet e tij dhe ka ende shumë probleme për t'u zgjidhur, siç është katalizimi i reaksionit të reduktimit të oksigjenit, Përshkueshmëria e oksigjenit dhe hidrofobia e elektrodave të ajrit, dhe çaktivizimi i elektrodave të ajrit etj.
② Bateria litium-squfuri
Bateritë litium-squfur përdorin kryesisht squfur elementar ose komponime me bazë squfuri si material elektrodë pozitive të baterisë, dhe litium metalik përdoret kryesisht për elektrodën negative.Gjatë procesit të shkarkimit, litiumi metalik i vendosur në elektrodën negative oksidohet për të humbur një elektron dhe për të gjeneruar jone litium;atëherë elektronet transferohen në elektrodën pozitive përmes qarkut të jashtëm, dhe jonet e krijuara të litiumit gjithashtu transferohen në elektrodën pozitive përmes elektrolitit për të reaguar me squfurin për të formuar polisulfid.Litium (LiPSs), dhe më pas reagojnë më tej për të gjeneruar sulfur litium për të përfunduar procesin e shkarkimit.Gjatë procesit të karikimit, jonet e litiumit në LiPS kthehen në elektrodën negative përmes elektrolitit, ndërsa elektronet kthehen në elektrodën negative përmes një qarku të jashtëm për të formuar metalin litium me jonet e litiumit, dhe LiPS-të reduktohen në squfur në elektrodën pozitive për të përfunduar procesi i karikimit.
Procesi i shkarkimit të baterive litium-squfur është kryesisht një reaksion elektrokimik kompleks me shumë hapa, shumë elektrone, shumëfazor në katodën e squfurit dhe LiPS-të me gjatësi të ndryshme zinxhirësh shndërrohen në njëra-tjetrën gjatë procesit të ngarkimit-shkarkimit.Gjatë procesit të shkarkimit, reagimi që mund të ndodhë në elektrodën pozitive është paraqitur në figurën 2, dhe reagimi në elektrodën negative është paraqitur në figurën 3.
Përparësitë e baterive litium-squfur janë shumë të dukshme, si për shembull kapaciteti teorik shumë i lartë;nuk ka oksigjen në material dhe reagimi i evolucionit të oksigjenit nuk do të ndodhë, kështu që performanca e sigurisë është e mirë;burimet e squfurit janë të bollshme dhe squfuri elementar është i lirë;është miqësor me mjedisin dhe ka toksicitet të ulët.Megjithatë, bateritë litium-squfur kanë gjithashtu disa probleme sfiduese, të tilla si efekti kalimtar i polisulfidit të litiumit;izolimi i squfurit elementar dhe produkteve të tij të shkarkimit;problemi i ndryshimeve të mëdha të vëllimit;SEI e paqëndrueshme dhe problemet e sigurisë të shkaktuara nga anodat e litiumit;fenomeni i vetëshkarkimit etj.
Si një gjeneratë e re e sistemit të baterive dytësore, bateritë litium-ajër dhe bateritë litium-squfur kanë vlera shumë të larta të kapacitetit teorik specifik dhe kanë tërhequr vëmendjen e gjerë nga studiuesit dhe tregu i baterive dytësore.Aktualisht, këto dy bateri janë ende duke u përballur me shumë probleme shkencore dhe teknike.Ata janë në fazën e hershme të kërkimit të zhvillimit të baterisë.Përveç kapacitetit dhe qëndrueshmërisë specifike të materialit të katodës së baterisë që duhet të përmirësohet më tej, çështjet kryesore si siguria e baterisë gjithashtu duhet të zgjidhen urgjentisht.Në të ardhmen, këto dy lloje të reja baterish kanë ende nevojë për përmirësime të vazhdueshme teknike për të eliminuar defektet e tyre në mënyrë që të hapen perspektiva më të gjera aplikimi.
Koha e postimit: Prill-07-2023