01 Litium-hava batareyaları və litium-kükürdlü batareyalar nədir?
① Li-hava batareyası
Litium-hava batareyası müsbət elektrod reaktivi kimi oksigendən və mənfi elektrod kimi metal litiumdan istifadə edir.Yüksək nəzəri enerji sıxlığına (3500wh/kq) malikdir və onun faktiki enerji sıxlığı 500-1000wh/kq-a çata bilər ki, bu da adi litium-ion batareya sistemindən xeyli yüksəkdir.Litium-hava batareyaları müsbət elektrodlardan, elektrolitlərdən və mənfi elektrodlardan ibarətdir.Susuz akkumulyator sistemlərində hazırda reaksiya qazı kimi təmiz oksigen istifadə olunur, ona görə də litium-hava batareyalarını litium-oksigen batareyaları da adlandırmaq olar.
1996-cı ildə Abraham et al.laboratoriyada ilk susuz litium-hava batareyasını uğurla yığdı.Sonra tədqiqatçılar susuz litium-hava batareyalarının daxili elektrokimyəvi reaksiyasına və mexanizminə diqqət yetirməyə başladılar;2002-ci ildə Read et al.litium-hava batareyalarının elektrokimyəvi performansının elektrolit həlledicisindən və hava katod materiallarından asılı olduğunu müəyyən etdi;2006-cı ildə Ogasawara et al.Kütləvi spektrometrdən istifadə edərək, ilk dəfə olaraq Li2O2-nin oksidləşdiyi və doldurulma zamanı oksigenin ayrıldığı sübut edilmişdir ki, bu da Li2O2-nin elektrokimyəvi reversivliyini təsdiq etmişdir.Buna görə də, litium-hava batareyaları çox diqqət və sürətli inkişaf etmişdir.
② Litium-kükürd batareyası
Litium-kükürdlü akkumulyator yüksək xüsusi tutumlu kükürdün (1675 mAh/q) və litium metalın (3860 mAh/q) geri çevrilən reaksiyasına əsaslanan, orta boşalma gərginliyi təxminən 2,15 V olan ikinci dərəcəli batareya sistemidir.Onun nəzəri enerji sıxlığı 2600wh/kq-a çata bilər.Onun xammalları aşağı qiymət və ətraf mühitə uyğunluq üstünlüklərinə malikdir, buna görə də böyük inkişaf potensialına malikdir.Litium-kükürdlü akkumulyatorların ixtirası 1960-cı illərə, Herbert və Ulamın akkumulyator patenti üçün müraciət etdiyi zamana təsadüf etmək olar.Bu litium-kükürd batareyasının prototipində mənfi elektrod materialı kimi litium və ya litium ərintisi, müsbət elektrod materialı kimi kükürd və alifatik doymuş aminlərdən ibarət idi.elektrolitdən.Bir neçə il sonra litium-kükürdlü akkumulyatorlar PC, DMSO və DMF kimi üzvi həlledicilərin tətbiqi yolu ilə təkmilləşdirildi və 2,35-2,5V batareyalar əldə edildi.1980-ci illərin sonlarında efirlərin litium-kükürdlü akkumulyatorlarda faydalı olduğu sübuta yetirildi.Sonrakı tədqiqatlarda efir əsaslı elektrolitlərin kəşfi, elektrolit əlavəsi kimi LiNO3-ün istifadəsi və karbon/kükürdlü kompozit müsbət elektrodların təklifi litium-kükürdlü batareyaların tədqiqat bumunu açdı.
02 Litium-hava batareyasının və litium-kükürdlü batareyanın iş prinsipi
① Li-hava batareyası
İstifadə olunan elektrolitin müxtəlif vəziyyətlərinə görə, litium-hava batareyaları sulu sistemlərə, üzvi sistemlərə, su-üzvi hibrid sistemlərə və bütün bərk vəziyyətdə olan litium-hava batareyalarına bölünə bilər.Onların arasında, su əsaslı elektrolitlərdən istifadə edən litium-hava batareyalarının aşağı xüsusi tutumuna, litium metalın qorunmasında çətinliklərə və sistemin zəif geri çevrilməsinə görə, qeyri-sulu üzvi litium-hava batareyaları və tam bərk vəziyyətdə olan litium-hava. hazırda akkumulyatorlardan daha geniş istifadə olunur.Araşdırma.Susuz litium-hava batareyaları ilk dəfə 1996-cı ildə Abraham və Z.Jiang tərəfindən təklif edilmişdir. Boşaltma reaksiya tənliyi Şəkil 1-də göstərilmişdir. Doldurma reaksiyası əksinədir.Elektrolit əsasən üzvi elektrolit və ya bərk elektrolitdən istifadə edir və boşalma məhsulu əsasən Li2O2-dir, məhsul elektrolitdə həll olunmur və litium-hava batareyasının boşalma qabiliyyətinə təsir edən hava müsbət elektrodunda asanlıqla yığılır.
Litium-hava batareyaları ultra yüksək enerji sıxlığı, ətraf mühitə uyğunluq və aşağı qiymət üstünlüklərinə malikdir, lakin onların tədqiqatları hələ başlanğıc mərhələsindədir və oksigenin azaldılması reaksiyasının katalizi, oksigenin azaldılması reaksiyası kimi həll edilməli bir çox problem var. hava elektrodlarının oksigen keçiriciliyi və hidrofobikliyi, hava elektrodlarının deaktivasiyası və s.
② Litium-kükürd batareyası
Litium-kükürdlü batareyalar batareyanın müsbət elektrod materialı kimi əsasən elementar kükürd və ya kükürd əsaslı birləşmələrdən istifadə edir və metal litium əsasən mənfi elektrod üçün istifadə olunur.Boşalma prosesi zamanı mənfi elektrodda yerləşən metal litium bir elektron itirmək və litium ionları yaratmaq üçün oksidləşir;sonra elektronlar xarici dövrə vasitəsilə müsbət elektroda ötürülür və əmələ gələn litium ionları da elektrolit vasitəsilə müsbət elektroda ötürülür və kükürdlə reaksiyaya girərək polisulfidi əmələ gətirir.Litium (LiPSs) və sonra axıdılması prosesini başa çatdırmaq üçün litium sulfid yaratmaq üçün daha da reaksiya verir.Doldurma prosesi zamanı LiPS-lərdəki litium ionları elektrolit vasitəsilə mənfi elektroda qayıdır, elektronlar isə litium ionları ilə litium metal əmələ gətirmək üçün xarici dövrə vasitəsilə mənfi elektroda qayıdır və LiPS-lər müsbət elektrodda kükürdə qədər azalır. şarj prosesi.
Litium-kükürdlü akkumulyatorların boşaldılması prosesi əsasən kükürd katodunda çoxpilləli, çox elektron, çoxfazalı kompleks elektrokimyəvi reaksiyadır və müxtəlif zəncir uzunluqlu LiPS-lər yükləmə-boşaltma prosesində bir-birinə çevrilir.Boşaltma prosesi zamanı müsbət elektrodda baş verə biləcək reaksiya Şəkil 2-də, mənfi elektroddakı reaksiya isə Şəkil 3-də göstərilmişdir.
Litium-kükürdlü batareyaların üstünlükləri çox açıqdır, məsələn, çox yüksək nəzəri tutum;materialda oksigen yoxdur və oksigen təkamül reaksiyası baş verməyəcək, buna görə də təhlükəsizlik göstəriciləri yaxşıdır;kükürd ehtiyatları boldur və elementar kükürd ucuzdur;ekoloji cəhətdən təmizdir və aşağı toksikliyə malikdir.Bununla belə, litium-kükürdlü akkumulyatorların bəzi çətin problemləri var, məsələn, litium polisulfid şatl effekti;elementar kükürdün və onun atqı məhsullarının izolyasiyası;böyük həcm dəyişiklikləri problemi;litium anodların yaratdığı qeyri-sabit SEI və təhlükəsizlik problemləri;öz-özünə boşalma fenomeni və s.
Yeni nəsil ikincil batareya sistemi olaraq, litium-hava batareyaları və litium-kükürd batareyaları çox yüksək nəzəri xüsusi tutum dəyərlərinə malikdir və tədqiqatçıların və ikincil batareya bazarının geniş diqqətini cəlb etmişdir.Hazırda bu iki batareya hələ də bir çox elmi və texniki problemlərlə üzləşir.Onlar batareyanın inkişafının ilkin tədqiqat mərhələsindədirlər.Batareyanın katod materialının daha da təkmilləşdirilməsi lazım olan xüsusi tutumu və sabitliyinə əlavə olaraq, batareya təhlükəsizliyi kimi əsas məsələlər də təcili şəkildə həll edilməlidir.Gələcəkdə bu iki yeni batareya növü daha geniş tətbiq perspektivləri açmaq üçün onların qüsurlarını aradan qaldırmaq üçün davamlı texniki təkmilləşdirməyə ehtiyac duyur.
Göndərmə vaxtı: 07 aprel 2023-cü il