Lityum Kükürtlü Pil Nedir?

Lityum-iyon piller (LiCo02) tek elektronlu deinterkalasyon iken, lityum-sülfür piller 8-elektron redokstur, bu nedenle lityum-kükürt piller, lityum iyon pillerin kapasitesinin 7-8 katı olduğu teorisine sahiptir. Polimer lityum piller 3C ürünlerinde yaygın olarak kullanılsa da enerji yoğunluğu yani sınırlı pil ömrü nedeniyle sık sık şarj edilmeleri gerekiyor ki bu da sıkıntılı bir şey. En sezgisel his, akıllı telefonu değiştirdikten sonra herkesin her gün şarj olması ve şarj hazinesinin bile durumdan çıkmamasıdır. Günümüz toplumunun, daha uzun pil ömrü ve daha hızlı şarj hızı ihtiyaçlarını karşılamak için düşük maliyetli, kirlilik içermeyen, istikrarlı performans, büyük özel kapasite ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip yeni bir lityum iyon pil türüne ihtiyacı var.

Lityum-kükürt pil geliştirme geçmişi: Lityum-iyon pillerin 30 yıldan daha uzun bir geçmişi vardır ve lityum-sülfür piller daha gençtir. 1962'de Herbet ve Ulam, katot materyali olarak kükürt ve elektrolit olarak alkali perkloratın kullanılmasını önerdiler.

İlk lityum sülfür sistemi birincil pil olarak incelendi ve hatta bir süre ticarileştirildi, ancak daha sonra şarj edilebilir pillerle değiştirildi ve beklemeye alındı. 2009 yılında Linda F. Nazar, Nature Materials için lityum-kükürt ikincil şarj edilebilir pil önerdi ve 1320 mAh / g yüksek spesifik kapasite elde etmek için CMK-3 kullandı. O zamandan beri, lityum sülfürlü piller gerçekten geliştirme aşamasında bir sayfa açtı.

Lityum-sülfür pil ilkesi: lityum-sülfür pilin pozitif elektrodu kükürt veya kükürt içeren malzemedir ve negatif elektrot lityumdur. Ortalama voltaj 2,1V'dir. Teorik olarak, lityum-sülfür sistemi (Li-S) 1672 mAh / g özgül kapasiteye ve 2600 Wh / kg enerji yoğunluğuna sahiptir. LiCo02 pozitif elektrot (teorik spesifik kapasite 273.8mAh / g, Enerji yoğunluğu 360Wh / kg) yaklaşık 7 kat olan geleneksel bir ticari lityum iyon pildir. Sıradan lityum iyon pillerle karşılaştırıldığında, lityum-kükürt pillerin deşarjının doğası basit bir lityum iyon deinterkalasyonu değil, çok sayıda ara ürünün eşlik ettiği bir redoks işlemidir. Lityum-kükürt deşarj pilinin deşarj işlemi sırasında, elemental kükürt, döngüsel S8'in halka açıklığından Li ile reaksiyona girer ve uzun zincirli Li2S8'den kısa zincirli Li2S'ye dönüşüm, iki belirgin deşarj platformu, yüksek potansiyel deşarj platform 2.45V—- 2.1V'dir, işlem büyük miktarda S8'den S42'ye dönüşüm olarak düşünülebilir ve düşük potansiyel deşarj 2.1V-1.7V'dir, bu işlem büyük miktarda S42'den S22'ye ve S2'ye -. Öte yandan, farklı dönüştürme dereceleri de farklı kapasitanslara karşılık gelir.

Boşaltma reaksiyon denklemi aşağıdaki gibidir:

Pozitif elektrot: S8 {{1}} 16Li+e- → 8Li2S

Negatif elektrot: Li → Li++e-

Toplam reaksiyon: 2Li + nS → Li2Sn → Li2S

Sıradan lityum iyon piller, tek elektronlu deinterkalasyondur ve lityum-sülfür piller 8 elektron redoksudur, bu nedenle teorik kapasitenin 7-8 katı ve enerji yoğunluğuna sahiptirler. Geleneksel lityum iyon pillere benzer şekilde, lityum-sülfür piller bir pozitif elektrot, bir negatif elektrot, bir ayırıcı, bir elektrolit ve bir ayırıcıdan oluşur. Bu nedenle, lityum sülfürlü piller, geleneksel lityum iyon pillere en umut verici alternatif olarak kabul edilir ve yeni nesil enerji depolama ekipmanı için yeni bir enerji kaynağı haline gelir.

Sülfür katot malzemeleri, lityum-sülfür pillerin geliştirilmesini ve uygulanmasını kısıtlayan önemli bir faktördür, bu nedenle sülfür katotlarına odaklanıyoruz. Şu anda, lityum-kükürt sisteminin kükürt katotunun çözülmesi gereken birkaç sorunu vardır: mekik etkisi, zayıf iletkenlik ve hacim genişlemesi.

1. Polisülfidler boşaltım işlemi sırasında (Li2Sx, 3 ＜ x ＜ 8) çözünerek karmaşık bir orantısızlık reaksiyonuna ve bir" mekik etkisi" performans ve geri döndürülemez kapasite düşüşüne neden olma;

2. Elemental kükürt ve boşaltma ürünü lityum sülfidin iletkenliği düşüktür, S (5 × 10-30S / cm, 25 ℃) iletkenliği, Li2S / Li2S2 (~ 10-30S / cm) iletkenliği kükürt kullanımı sadece% 50-70 civarındadır.

3. Ortorombik α-S'den (ρ1=2.03g / cm3) ters florit yapılı (ρ2=1.66g / cm3) Li2S'ye dönüşüm büyük hacim genişlemesine sahiptir, elektrot yapısını tahrip eder ve döngü stabilitesini etkiler.