01 Mitä ovat litium-ilma-akut ja litium-rikkiakut?
① Li-air-akku
Litium-ilma-akku käyttää happea positiivisena elektrodin lähtöaineena ja metallilitiumia negatiivisena elektrodina.Sillä on korkea teoreettinen energiatiheys (3500wh/kg), ja sen todellinen energiatiheys voi olla 500-1000wh/kg, mikä on paljon korkeampi kuin perinteinen litiumioniakkujärjestelmä.Litium-ilmaakut koostuvat positiivisista elektrodeista, elektrolyyteistä ja negatiivisista elektrodeista.Ei-vesipohjaisissa akkujärjestelmissä reaktiokaasuna käytetään tällä hetkellä puhdasta happea, joten litium-ilma-akkuja voidaan kutsua myös litium-happiakuiksi.
Vuonna 1996 Abraham et ai.kokosi onnistuneesti ensimmäisen vedettömän litium-ilma-akun laboratoriossa.Sitten tutkijat alkoivat kiinnittää huomiota ei-vesipitoisten litium-ilmaakkujen sisäiseen sähkökemialliseen reaktioon ja mekanismiin;vuonna 2002, Read et ai.havaitsi, että litium-ilmaakkujen sähkökemiallinen suorituskyky riippui elektrolyyttiliuottimesta ja ilmakatodimateriaaleista;vuonna 2006 Ogasawara et ai.Käytetyn massaspektrometrin avulla osoitettiin ensimmäistä kertaa, että Li2O2 hapettui ja happea vapautui latauksen aikana, mikä vahvisti Li2O2:n sähkökemiallisen palautuvuuden.Siksi litium-ilma-akut ovat saaneet paljon huomiota ja nopeaa kehitystä.
② Litium-rikkiakku
Litium-rikkiakku on toissijainen akkujärjestelmä, joka perustuu suuren ominaiskapasiteetin rikin (1675 mAh/g) ja litiummetallin (3860 mAh/g) palautuvaan reaktioon, jonka keskimääräinen purkausjännite on noin 2,15 V.Sen teoreettinen energiatiheys voi olla 2600wh/kg.Sen raaka-aineiden etuna on alhainen hinta ja ympäristöystävällisyys, joten sillä on suuri kehityspotentiaali.Litium-rikkiakkujen keksintö voidaan jäljittää 1960-luvulle, jolloin Herbert ja Ulam hakivat akkupatenttia.Tämän litium-rikkiakun prototyypissä käytettiin litiumia tai litiumseosta negatiivisena elektrodimateriaalina, rikkiä positiivisena elektrodimateriaalina ja se koostui alifaattisista tyydyttyneistä amiineista.elektrolyytistä.Muutamaa vuotta myöhemmin litium-rikkiakkuja parannettiin ottamalla käyttöön orgaanisia liuottimia, kuten PC, DMSO ja DMF, ja saatiin 2,35-2,5 V akkuja.1980-luvun lopulla eetterit osoittautuivat hyödyllisiksi litium-rikkiakuissa.Myöhemmissä tutkimuksissa eetteripohjaisten elektrolyyttien löytäminen, LiNO3:n käyttö elektrolyyttilisäaineena ja ehdotus hiili/rikkikomposiittipositiivisista elektrodeista ovat avanneet litium-rikkiakkujen tutkimusbuumin.
02 Litium-ilma-akun ja litium-rikkiakun toimintaperiaate
① Li-air-akku
Käytetyn elektrolyytin eri tilojen mukaan litium-ilma-akut voidaan jakaa vesijärjestelmiin, orgaanisiin järjestelmiin, vesi-orgaanisiin hybridijärjestelmiin ja kiinteän olomuodon litium-ilma-akkuihin.Niistä johtuen vesipohjaisia elektrolyyttejä käyttävien litium-ilmaakkujen pieni ominaiskapasiteetti, litiummetallin suojausvaikeudet ja järjestelmän huono palautuvuus, vedettömät orgaaniset litium-ilma-akut ja täysin kiinteän olomuodon litium-ilma-akut. paristoja käytetään nykyään enemmän.Tutkimus.Abraham ja Z.Jiang ehdottivat vedettömät litium-ilmaakut ensimmäisen kerran vuonna 1996. Purkausreaktioyhtälö on esitetty kuvassa 1. Latausreaktio on päinvastainen.Elektrolyytissä käytetään pääasiassa orgaanista elektrolyyttiä tai kiinteää elektrolyyttiä, ja purkaustuote on pääasiassa Li2O2, tuote on elektrolyyttiin liukenematon ja se on helppo kertyä ilmapositiiviselle elektrodille, mikä vaikuttaa litium-ilma-akun purkauskapasiteettiin.
Litium-ilmaakkujen etuna on erittäin korkea energiatiheys, ympäristöystävällisyys ja alhainen hinta, mutta niiden tutkimus on vielä lapsenkengissään, ja monia ongelmia on vielä ratkaistava, kuten hapen pelkistysreaktion katalyysi, ilmaelektrodien hapenläpäisevyys ja hydrofobisuus sekä ilmaelektrodien deaktivointi jne.
② Litium-rikkiakku
Litium-rikkiakut käyttävät pääasiassa alkuainerikkiä tai rikkipohjaisia yhdisteitä akun positiivisena elektrodimateriaalina, ja metallista litiumia käytetään pääasiassa negatiivisena elektrodina.Purkausprosessin aikana negatiivisella elektrodilla oleva metallilitium hapettuu niin, että se menettää elektronin ja tuottaa litiumioneja;sitten elektronit siirretään positiiviselle elektrodille ulkoisen piirin kautta, ja syntyneet litiumionit siirretään myös positiiviselle elektrodille elektrolyytin kautta reagoimaan rikin kanssa polysulfidin muodostamiseksi.Litium (LiPS) ja reagoi sitten edelleen muodostaen litiumsulfidia purkamisprosessin loppuunsaattamiseksi.Latausprosessin aikana LiPS:issä olevat litiumionit palaavat negatiiviselle elektrodille elektrolyytin kautta, kun taas elektronit palaavat negatiiviselle elektrodille ulkoisen piirin kautta muodostaen litiummetallia litiumionien kanssa, ja LiPS:t pelkistyvät rikiksi positiivisessa elektrodissa, jotta latausprosessi.
Litium-rikkiakkujen purkausprosessi on pääasiassa monivaiheinen, monielektroni-, monivaiheinen monimutkainen sähkökemiallinen reaktio rikkikatodilla, ja eripituiset LiPS:t muuntuvat toisikseen lataus-purkausprosessin aikana.Purkausprosessin aikana reaktio, joka voi tapahtua positiivisella elektrodilla, on esitetty kuvassa 2 ja reaktio negatiivisessa elektrodissa on esitetty kuvassa 3.
Litium-rikkiakkujen edut ovat hyvin ilmeisiä, kuten erittäin korkea teoreettinen kapasiteetti;materiaalissa ei ole happea, eikä hapen kehittymisreaktiota tapahdu, joten turvallisuussuorituskyky on hyvä;rikkivarat ovat runsaat ja alkuainerikki on halpaa;se on ympäristöystävällinen ja sen myrkyllisyys on alhainen.Litium-rikkiakuissa on kuitenkin myös joitain haastavia ongelmia, kuten litiumpolysulfidi-sukkulavaikutus;alkuainerikin ja sen purkaustuotteiden eristys;suurten volyymien muutosten ongelma;litiumanodien aiheuttamat epävakaat SEI- ja turvallisuusongelmat;itsepurkautumisilmiö jne.
Uuden sukupolven toissijaisen akkujärjestelmänä litium-ilma-akuilla ja litium-rikkiakuilla on erittäin korkeat teoreettiset ominaiskapasiteettiarvot, ja ne ovat herättäneet laajaa huomiota tutkijoilta ja toissijaisilla akkumarkkinoilla.Tällä hetkellä nämä kaksi akkua kohtaavat edelleen monia tieteellisiä ja teknisiä ongelmia.Ne ovat akkukehityksen alkuvaiheessa.Sen lisäksi, että akun katodimateriaalin ominaiskapasiteettia ja vakautta on edelleen parannettava, myös keskeiset kysymykset, kuten akun turvallisuus, on ratkaistava pikaisesti.Tulevaisuudessa nämä kaksi uutta akkutyyppiä tarvitsevat edelleen jatkuvaa teknistä parannusta vikojen poistamiseksi, jotta ne voivat avata laajemmat käyttömahdollisuudet.
Postitusaika: 07.04.2023