Mikä on litium-rikkiparisto?

Litium-ioniakut (LiCo02) ovat yhden elektronin deinterkalaatiota, kun taas litium-rikkiparistot ovat 8-elektronisia redokseja, joten litium-rikkiparistoilla on teoria, että niiden kapasiteetti on 7-8 kertaa litiumioniakkujen kapasiteetti. Vaikka polymeerilitiumparistoja on käytetty laajalti 3C-tuotteissa, rajoitetun energiatiheyden eli rajoitetun akun käyttöiän vuoksi niitä on ladattava usein, mikä on hankala asia. Intuitiivisin tunne on, että älypuhelimen vaihdon jälkeen kaikki lataavat joka päivä, eikä edes latausaarre ole poistumassa valtiosta. Nykypäivän yhteiskunta tarvitsee uudentyyppisen litium-ioniakun, jolla on alhaiset kustannukset, ei pilaantumista, vakaa suorituskyky, suuri ominaiskapasiteetti ja suuri energiatiheys, jotta akun käyttöikä ja nopeampi latausnopeus voidaan täyttää.

Litium-rikkiparistojen kehityshistoria: Litium-ioniakkujen historia on yli 30 vuotta, ja litium-rikkiparistot ovat nuorempia. Vuonna 1962 Herbet ja Ulam ehdottivat ensin rikin käyttöä katodimateriaalina ja emäksisen perkloraatin käyttöä elektrolyyttinä.

Varhaista litiumrikkijärjestelmää tutkittiin ensisijaisena paristona ja jopa kaupalliseksi jonkin aikaa, mutta myöhemmin se korvattiin ladattavilla paristoilla ja asetettiin pitoon. Vuonna 2009 Linda F.Nazar ehdotti litiumrikkisiä sekundaarisia ladattavia paristoja Nature Materials -materiaalille ja käytti CMK-3: ta korkean ominaiskapasiteetin, 1320 mAh / g, saavuttamiseksi. Siitä lähtien litium-rikkiparistot ovat todella avanneet luvun kehityksessä.

Litium-rikkipariston periaate: Litium-rikkipariston positiivinen elektrodi on rikkiä tai rikkiä sisältävää materiaalia ja negatiivinen elektrodi on litium. Keskimääräinen jännite on 2,1 V. Teoriassa litiumrikkijärjestelmän (Li-S) ominaiskapasiteetti on 1672mAh / g ja energiatiheys 2600Wh / kg. Se on perinteinen kaupallinen litiumioniakku, jonka positiivisena elektrodina on LiCo02 (teoreettinen ominaiskapasiteetti 273,8mAh / g, energian tiheys 360Wh / kg) noin 7 kertaa. Tavallisiin litium-ioniakkuihin verrattuna litium-rikkiparistojen purkautumisen luonne ei ole yksinkertainen litium-ionien deintercalation, vaan redox-prosessi, johon liittyy suuri määrä välituotteita. Litiumrikkipurkausakun purkausprosessin aikana alkyylirikki reagoi Li: n kanssa syklisen S8: n renkaan aukosta, ja muutokseen pitkäketjuisesta Li2S8: sta lyhytketjuiseksi Li2S: ksi liittyy kaksi ilmeistä purkausalustaa, suuren potentiaalisen purkauksen alusta on 2,45 V - 2,1 V, prosessia voidaan pitää suurena määränä S8: sta S42: ksi -muunnosta ja pienipotentiaalinen purkaus on 2,1 V-1,7 V, tämä prosessi on suuri määrä S42: tä S22: ksi ja S2: ksi -. Toisaalta myös erilaiset muunnosasteet vastaavat erilaisia ​​kapasitansseja.

Purkausreaktioyhtälö on seuraava:

Positiivinen elektrodi: S8 {{1}} 16Li+e- → 8Li2S

Negatiivinen elektrodi: Li → Li++e-

Kokonaisreaktio: 2Li + nS → Li2Sn → Li2S

Tavalliset litium-ioniakut ovat yhden elektronin deinterkalointia ja litium-rikkiparistot ovat 8-elektronisia redokseja, joten niillä on 7-8-kertainen teoreettinen kapasiteetti ja energiatiheys. Kuten perinteiset litiumioniakut, litiumrikkiparistot koostuvat positiivisesta elektrodista, negatiivisesta elektrodista, erottimesta, elektrolyytistä ja erottimesta. Siksi litium-rikkiparistoja pidetään lupaavimpana vaihtoehtona perinteisille litium-ioniakkuille ja niistä tulee uusi energialähde uuden sukupolven energian varastointilaitteille.

Rikkikatodimateriaalit ovat avaintekijä, joka rajoittaa litium-rikkiparistojen kehittämistä ja käyttöä, joten keskitymme rikkikatodeihin. Tällä hetkellä litium-rikkijärjestelmän rikkikatodilla on myös useita ratkaistavia ongelmia: sukkulavaikutus, heikko johtavuus ja tilavuuden laajeneminen.

1. Polysulfidit liukenevat purkausprosessin aikana (Li2Sx, 3 ＜ x ＜ 8), mikä johtaa monimutkaiseen epäsuhtausreaktioon ja GG: n; sukkulavaikutus&", aiheuttaen suuren määrän itsepurkautumista, mikä vähentää Coulombin tehokkuutta ja sykliä suorituskykyä ja aiheuttaa peruuttamatonta kapasiteetin heikkenemistä;

2. Alkuainerikin ja purkutuotteen litiumsulfidin johtavuus on alhainen, S: n johtavuus (5 × 10-30S / cm, 25 ℃), Li2S / Li2S2: n johtavuus (~ 10-30S / cm), mikä johtaa vain rikin käyttö Noin 50-70%.

3. Muunnos ortorombisesta α-S: stä (ρ1=2,03 g / cm3) käänteisfluoriittirakenteella (ρ2=1,66 g / cm3) olevaksi Li2S: ksi laajenee suuresti, tuhoaa elektrodirakenteen ja vaikuttaa syklin vakauteen.