01 Betri za lithiamu-hewa na betri za lithiamu-sulfuri ni nini?
① Betri ya Li-hewa
Betri ya lithiamu-hewa hutumia oksijeni kama kiitikio chanya cha elektrodi na lithiamu ya chuma kama elektrodi hasi.Ina msongamano mkubwa wa nishati ya kinadharia (3500wh/kg), na msongamano wake halisi wa nishati unaweza kufikia 500-1000wh/kg, ambayo ni ya juu zaidi kuliko mfumo wa kawaida wa betri ya lithiamu-ioni.Betri za lithiamu-hewa zinajumuisha elektrodi chanya, elektroliti na elektrodi hasi.Katika mifumo ya betri isiyo na maji, oksijeni safi kwa sasa hutumiwa kama gesi ya mmenyuko, kwa hivyo betri za lithiamu-hewa pia zinaweza kuitwa betri za lithiamu-oksijeni.
Mnamo 1996, Abraham et al.ilifanikiwa kukusanya betri ya kwanza ya lithiamu-hewa isiyo na maji kwenye maabara.Kisha watafiti walianza kuzingatia majibu ya ndani ya electrochemical na utaratibu wa betri za lithiamu-hewa zisizo na maji;katika 2002, Read et al.iligundua kuwa utendaji wa electrochemical wa betri za lithiamu-hewa ulitegemea kutengenezea elektroliti na vifaa vya cathode hewa;mnamo 2006, Ogasawara et al.kutumika Mass spectrometer, ilithibitishwa kwa mara ya kwanza kwamba Li2O2 ilikuwa oxidized na oksijeni ilitolewa wakati wa malipo, ambayo ilithibitisha reversibility electrochemical ya Li2O2.Kwa hiyo, betri za lithiamu-hewa zimepokea tahadhari nyingi na maendeleo ya haraka.
② Betri ya lithiamu-sulfuri
Betri ya lithiamu-sulfuri ni mfumo wa pili wa betri unaozingatia mwitikio unaoweza kugeuzwa wa salfa yenye ujazo maalum wa juu (1675mAh/g) na metali ya lithiamu (3860mAh/g), yenye voltage ya wastani ya kutokwa kwa takriban 2.15V.Msongamano wake wa nishati ya kinadharia unaweza kufikia 2600wh/kg.Malighafi yake yana faida ya gharama nafuu na urafiki wa mazingira, kwa hiyo ina uwezo mkubwa wa maendeleo.Uvumbuzi wa betri za lithiamu-sulfuri unaweza kufuatiliwa nyuma hadi miaka ya 1960, wakati Herbert na Ulam walipoomba hataza ya betri.Mfano wa betri hii ya lithiamu-sulfuri ilitumia lithiamu au aloi ya lithiamu kama nyenzo hasi ya elektrodi, salfa kama nyenzo chanya ya elektrodi na inayojumuisha amini zilizojaa alifatiki.ya electrolyte.Miaka michache baadaye, betri za lithiamu-sulfuri ziliboreshwa kwa kuanzisha vimumunyisho vya kikaboni kama vile PC, DMSO, na DMF, na betri za 2.35-2.5V zilipatikana.Kufikia mwishoni mwa miaka ya 1980, etha zilithibitishwa kuwa muhimu katika betri za lithiamu-sulfuri.Katika tafiti zilizofuata, ugunduzi wa elektroliti zenye msingi wa etha, utumiaji wa LiNO3 kama nyongeza ya elektroliti, na pendekezo la elektrodi chanya za kaboni/sulfuri kumefungua ukuaji wa utafiti wa betri za lithiamu-sulfuri.
02 Kanuni ya kazi ya betri ya lithiamu-hewa na betri ya lithiamu-sulfuri
① Betri ya Li-hewa
Kulingana na hali tofauti za elektroliti inayotumiwa, betri za lithiamu-hewa zinaweza kugawanywa katika mifumo ya maji, mifumo ya kikaboni, mifumo ya mseto ya kikaboni-kikaboni, na betri za hali-imara za lithiamu-hewa.Miongoni mwao, kwa sababu ya uwezo mdogo maalum wa betri za lithiamu-hewa zinazotumia elektroliti za maji, ugumu wa kulinda chuma cha lithiamu, na urejeshaji duni wa mfumo, betri za kikaboni za lithiamu-hewa zisizo na maji na lithiamu-hewa ya hali yote. betri zinatumika zaidi kwa sasa.Utafiti.Betri za lithiamu-hewa zisizo na maji zilipendekezwa kwa mara ya kwanza na Abraham na Z.Jiang mwaka wa 1996. Mlinganyo wa mmenyuko wa kutokwa unaonyeshwa kwenye Mchoro 1. Mmenyuko wa malipo ni kinyume.Electroliti hasa hutumia elektroliti kikaboni au elektroliti imara, na bidhaa ya kutokwa ni hasa Li2O2, bidhaa hiyo haimunyiki katika elektroliti, na ni rahisi kujilimbikiza kwenye elektrodi chanya ya hewa, na kuathiri uwezo wa kutokwa kwa betri ya lithiamu-hewa.
Betri za Lithium-hewa zina faida za msongamano wa juu wa nishati, urafiki wa mazingira, na bei ya chini, lakini utafiti wao bado uko changa, na bado kuna shida nyingi za kutatuliwa, kama vile kichocheo cha mmenyuko wa kupunguza oksijeni, upenyezaji wa oksijeni na hydrophobicity ya elektroni za hewa, na uzima wa elektroni za hewa nk.
② Betri ya lithiamu-sulfuri
Betri za lithiamu-sulfuri hutumia hasa misombo ya salfa au misombo inayotokana na salfa kama nyenzo chanya ya elektrodi ya betri, na lithiamu ya metali hutumiwa zaidi kwa elektrodi hasi.Wakati wa mchakato wa kutokwa, lithiamu ya chuma iko kwenye electrode hasi ni oxidized kupoteza elektroni na kuzalisha ioni za lithiamu;basi elektroni huhamishiwa kwenye electrode chanya kupitia mzunguko wa nje, na ioni za lithiamu zinazozalishwa pia huhamishiwa kwenye electrode chanya kupitia elektroliti ili kuguswa na sulfuri kuunda polisulfidi.Lithiamu (LiPSs), na kisha kuguswa zaidi kuzalisha sulfidi ya lithiamu ili kukamilisha mchakato wa kutokwa.Wakati wa mchakato wa kuchaji, ioni za lithiamu katika LiPSs hurudi kwa elektrodi hasi kupitia elektroliti, wakati elektroni zinarudi kwa elektrodi hasi kupitia mzunguko wa nje ili kuunda chuma cha lithiamu na ioni za lithiamu, na LiPS hupunguzwa kuwa sulfuri kwenye elektrodi chanya ili kukamilisha mchakato wa malipo.
Mchakato wa kutokwa kwa betri za lithiamu-sulfuri ni hatua nyingi, elektroni nyingi, majibu ya elektroni ya awamu nyingi kwenye cathode ya sulfuri, na LiPS zenye urefu tofauti wa mnyororo hubadilishwa kuwa kila mmoja wakati wa mchakato wa kutokwa kwa malipo.Wakati wa mchakato wa kutokwa, majibu ambayo yanaweza kutokea kwenye electrode chanya yanaonyeshwa kwenye Mchoro 2, na majibu kwenye electrode hasi yanaonyeshwa kwenye Mchoro 3.
Faida za betri za lithiamu-sulfuri ni dhahiri sana, kama vile uwezo wa juu sana wa kinadharia;hakuna oksijeni katika nyenzo, na majibu ya mageuzi ya oksijeni hayatatokea, hivyo utendaji wa usalama ni mzuri;rasilimali za sulfuri ni nyingi na sulfuri ya msingi ni nafuu;ni rafiki wa mazingira na ina sumu ya chini.Hata hivyo, betri za lithiamu-sulfuri pia zina matatizo fulani, kama vile athari ya kuhamisha ya polisulfidi ya lithiamu;insulation ya sulfuri ya msingi na bidhaa zake za kutokwa;tatizo la mabadiliko ya kiasi kikubwa;SEI isiyo na utulivu na shida za usalama zinazosababishwa na anodi za lithiamu;uzushi wa kutokwa kwa kibinafsi, nk.
Kama kizazi kipya cha mfumo wa pili wa betri, betri za lithiamu-hewa na betri za lithiamu-sulfuri zina maadili ya juu sana ya uwezo maalum wa kinadharia, na zimevutia umakini mkubwa kutoka kwa watafiti na soko la pili la betri.Kwa sasa, betri hizi mbili bado zinakabiliwa na matatizo mengi ya kisayansi na kiufundi.Wako katika hatua ya awali ya utafiti wa maendeleo ya betri.Mbali na uwezo mahususi na uthabiti wa nyenzo za cathode ya betri zinazohitaji kuboreshwa zaidi, masuala muhimu kama vile usalama wa betri pia yanahitaji kutatuliwa haraka.Katika siku zijazo, aina hizi mbili mpya za betri bado zinahitaji uboreshaji endelevu wa kiufundi ili kuondoa kasoro zao ili kufungua matarajio mapana ya utumaji.
Muda wa kutuma: Apr-07-2023