लिथियम-सल्फर बैटरी क्या है?

लिथियम-आयन बैटरी (LiCo02) एकल-इलेक्ट्रॉन निर्बाधता है, जबकि लिथियम-सल्फर बैटरी 8-इलेक्ट्रॉन रिडॉक्स हैं, इसलिए लिथियम-सल्फर बैटरी का सिद्धांत है कि वे लिथियम-आयन बैटरी की क्षमता से 7-8 गुना अधिक हैं। हालाँकि पॉलीमर लीथियम बैटरियों का व्यापक रूप से 3C उत्पादों में उपयोग किया गया है, सीमित ऊर्जा घनत्व के कारण, अर्थात् सीमित बैटरी जीवन, उन्हें अक्सर चार्ज करने की आवश्यकता होती है, जो एक परेशानी वाली बात है। सबसे सहज भावना यह है कि स्मार्ट फोन बदलने के बाद, हर कोई हर दिन चार्ज कर रहा है, और यहां तक ​​कि चार्जिंग खजाना भी नहीं छोड़ रहा है। आज के समाज को कम बैटरी, कोई प्रदूषण, स्थिर प्रदर्शन, बड़ी विशिष्ट क्षमता और उच्च ऊर्जा घनत्व के साथ एक नई प्रकार की लिथियम-आयन बैटरी की आवश्यकता है, जो लंबी बैटरी जीवन और तेज चार्जिंग गति की जरूरतों को पूरा करती है।

लिथियम-सल्फर बैटरी विकास का इतिहास: लिथियम-आयन बैटरी का इतिहास 30 से अधिक वर्षों का है, और लिथियम-सल्फर बैटरी युवा हैं। 1962 में, हर्बेट और उलम ने पहली बार सल्फर का उपयोग एक कैथोड सामग्री और इलेक्ट्रोलाइट के रूप में क्षारीय पर्क्लोरेट के रूप में किया।

प्रारंभिक लिथियम-सल्फर प्रणाली को एक प्राथमिक बैटरी के रूप में अध्ययन किया गया था और यहां तक ​​कि एक समय के लिए इसका व्यवसायीकरण भी किया गया था, लेकिन बाद में इसे रिचार्जेबल बैटरी से बदल दिया गया और होल्ड पर रख दिया गया। 2009 में, लिंडा एफ। नज़र ने प्रकृति सामग्री पर एक लिथियम-सल्फर माध्यमिक रिचार्जेबल बैटरी का प्रस्ताव किया, और 1320mAh / g की उच्च विशिष्ट क्षमता प्राप्त करने के लिए CMK-3 का उपयोग किया। तब से, लिथियम-सल्फर बैटरी ने वास्तव में विकास में एक अध्याय खोला है।

लिथियम-सल्फर बैटरी का सिद्धांत: लिथियम-सल्फर बैटरी का सकारात्मक इलेक्ट्रोड सल्फर या सल्फर युक्त सामग्री है, और नकारात्मक इलेक्ट्रोड लिथियम है। औसत वोल्टेज 2.1 वी है। सिद्धांत रूप में, लिथियम-सल्फर सिस्टम (Li-S) में 1672mAh / g की विशिष्ट क्षमता और 2600Wh / kg का ऊर्जा घनत्व है। यह LiCo02 के साथ एक पारंपरिक वाणिज्यिक लिथियम आयन बैटरी है जो लगभग 7 गुना सकारात्मक इलेक्ट्रोड (सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमता 273.8mAh / g, ऊर्जा घनत्व 360Wh / kg) है। साधारण लिथियम आयन बैटरी की तुलना में, लिथियम-सल्फर बैटरी के निर्वहन की प्रकृति सरल लिथियम आयन निर्बाध नहीं है, लेकिन एक रेडॉक्स प्रक्रिया है जिसमें बड़ी संख्या में मध्यवर्ती उत्पाद शामिल हैं। लिथियम-सल्फर डिस्चार्ज बैटरी की डिस्चार्ज प्रक्रिया के दौरान, प्राथमिक सल्फर ली के साथ चक्रीय S8 के रिंग-उद्घाटन से प्रतिक्रिया करता है, और लंबी श्रृंखला Li2S8 से लघु-श्रृंखला Li2S में रूपांतरण दो स्पष्ट निर्वहन प्लेटफार्मों के साथ होता है, उच्च संभावित निर्वहन मंच 2.45V-- 2.1V है, इस प्रक्रिया को S8 से S42- रूपांतरण के लिए बड़ी मात्रा में माना जा सकता है, और कम क्षमता वाला निर्वहन 2.1V-1.7V है, यह प्रक्रिया S42- और S2 में S42 की एक बड़ी राशि है। -। दूसरी ओर, विभिन्न रूपांतरण डिग्री भी अलग-अलग क्षमताओं के अनुरूप हैं।

निर्वहन प्रतिक्रिया समीकरण इस प्रकार है:

सकारात्मक इलेक्ट्रोड: S8 {{1}} 16Li-e- → 8Li2S

नकारात्मक इलेक्ट्रोड: Li → Li++e-

कुल प्रतिक्रिया: 2Li + nS → Li2Sn → Li2S

साधारण लिथियम-आयन बैटरी एकल-इलेक्ट्रॉन निर्जलीकरण हैं, और लिथियम-सल्फर बैटरी 8-इलेक्ट्रॉन रेडॉक्स हैं, इसलिए उनके पास सैद्धांतिक क्षमता और ऊर्जा घनत्व 7-8 गुना है। पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरी के समान, लिथियम-सल्फर बैटरी में एक सकारात्मक इलेक्ट्रोड, एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड, एक विभाजक, एक इलेक्ट्रोलाइट और एक विभाजक होता है। इसलिए, लिथियम-सल्फर बैटरी को पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरी के लिए सबसे आशाजनक विकल्प माना जाता है और ऊर्जा भंडारण उपकरणों की एक नई पीढ़ी के लिए एक नया ऊर्जा स्रोत बन जाता है।

सल्फर कैथोड सामग्री लिथियम-सल्फर बैटरी के विकास और अनुप्रयोग को प्रतिबंधित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है, इसलिए हम सल्फर कैथोड पर ध्यान केंद्रित करते हैं। वर्तमान में, लिथियम-सल्फर सिस्टम के सल्फर कैथोड को भी हल करने के लिए कई समस्याएं हैं: शटल प्रभाव, खराब चालकता, और मात्रा का विस्तार।

1. पॉलीसल्फाइड्स डिस्चार्ज प्रक्रिया के दौरान भंग हो जाते हैं (Li2Sx, 3 ＜ x diss 8), जिसके परिणामस्वरूप एक जटिल गड़बड़ी की प्रतिक्रिया और एक जीजी quot; शटल प्रभाव जीजी उद्धरण ;, बड़ी मात्रा में स्व-निर्वहन का कारण बनता है, जिससे कूलम्ब दक्षता और चक्र को कम किया जाता है। प्रदर्शन, और अपरिवर्तनीय क्षमता में गिरावट का कारण;

2. मौलिक सल्फर और डिस्चार्ज उत्पाद लिथियम सल्फाइड की चालकता कम है, एस (5 × 10-30S / cm, 25 ℃) की चालकता, Li2S / Li2S2 की चालकता (~ 10-30S / cm), जिसके परिणामस्वरूप सल्फर का उपयोग केवल लगभग 50-70% है।

3. उलटा फ्लोराइट संरचना (ρ2=1.66g / cm3) के साथ Li2S को ऑर्थोरॉम्बिक α-S (ρ1=2.03g / cm3) से परिवर्तन से बड़ी मात्रा में विस्तार होता है, इलेक्ट्रोड संरचना को नष्ट कर देता है, और चक्र स्थिरता को प्रभावित करता है।