01 Lityum-havo batareyalari va litiy-oltingugurtli batareyalar nima?
① Li-havo batareyasi
Lityum-havo batareyasi musbat elektrod reaktivi sifatida kisloroddan va salbiy elektrod sifatida metall lityumdan foydalanadi.U yuqori nazariy energiya zichligiga ega (3500wh / kg) va uning haqiqiy energiya zichligi 500-1000wh / kg ga yetishi mumkin, bu an'anaviy lityum-ion batareya tizimidan ancha yuqori.Lityum-havo batareyalari musbat elektrodlar, elektrolitlar va salbiy elektrodlardan iborat.Suvsiz akkumulyator tizimlarida hozirda reaktsiya gazi sifatida sof kislorod ishlatiladi, shuning uchun lityum-havo batareyalarini lityum-kislorodli batareyalar deb ham atash mumkin.
1996 yilda Ibrohim va boshqalar.laboratoriyada birinchi suvsiz litiy-havo batareyasini muvaffaqiyatli yig'di.Keyin tadqiqotchilar suvsiz lityum-havo batareyalarining ichki elektrokimyoviy reaktsiyasi va mexanizmiga e'tibor berishni boshladilar;2002 yilda Read va boshqalar.lityum-havo batareyalarining elektrokimyoviy ko'rsatkichlari elektrolitlar hal qiluvchi va havo katod materiallariga bog'liqligini aniqladi;2006 yilda Ogasawara va boshqalar.Mass-spektrometrdan foydalanganda, birinchi marta Li2O2 oksidlanganligi va zaryadlash paytida kislorod ajralib chiqishi isbotlangan, bu Li2O2 ning elektrokimyoviy qaytarilishini tasdiqladi.Shu sababli, lityum-havo batareyalari juda ko'p e'tibor va jadal rivojlanishni oldi.
② Lityum-oltingugurtli batareya
Lityum-oltingugurtli akkumulyator - bu yuqori o'ziga xos sig'imli oltingugurt (1675 mAh / g) va lityum metallning (3860 mAh / g) teskari reaktsiyasiga asoslangan ikkilamchi batareya tizimi bo'lib, o'rtacha tushirish kuchlanishi taxminan 2,15 V.Uning nazariy energiya zichligi 2600wh / kg ga yetishi mumkin.Uning xomashyosi arzon narxlardagi va ekologik toza afzalliklarga ega, shuning uchun u katta rivojlanish salohiyatiga ega.Lityum-oltingugurtli akkumulyatorlarning ixtirosi 1960-yillarda, Gerbert va Ulam akkumulyatorga patent olish uchun murojaat qilganlarida kuzatilishi mumkin.Ushbu lityum-oltingugurtli akkumulyatorning prototipi salbiy elektrod materiali sifatida lityum yoki lityum qotishmasidan, musbat elektrod materiali sifatida oltingugurtdan va alifatik to'yingan aminlardan tashkil topgan.elektrolitlar.Bir necha yil o'tgach, lityum-oltingugurtli akkumulyatorlar PC, DMSO va DMF kabi organik erituvchilarni kiritish orqali yaxshilandi va 2,35-2,5 V batareyalar olindi.1980-yillarning oxiriga kelib, efirlar litiy-oltingugurtli batareyalarda foydali ekanligi isbotlangan.Keyingi tadqiqotlarda efirga asoslangan elektrolitlarning kashf etilishi, elektrolitlar qo'shimchasi sifatida LiNO3 dan foydalanish va uglerod / oltingugurtli kompozit musbat elektrodlarning taklifi lityum-oltingugurtli akkumulyatorlarning tadqiqot bumini ochdi.
02 Lityum-havo batareyasi va lityum-oltingugurt batareyasining ishlash printsipi
① Li-havo batareyasi
Amaldagi elektrolitlarning turli holatiga ko'ra, lityum-havo batareyalari suvli tizimlarga, organik tizimlarga, suv-organik gibrid tizimlarga va barcha qattiq holatdagi lityum-havo batareyalariga bo'linishi mumkin.Ular orasida suvga asoslangan elektrolitlardan foydalangan holda lityum-havo batareyalarining past o'ziga xos sig'imi, lityum metallni himoya qilishdagi qiyinchiliklar va tizimning yomon qaytarilishi tufayli, suvsiz organik lityum-havo batareyalari va butun qattiq holatdagi lityum-havo. Hozirgi vaqtda batareyalar kengroq qo'llaniladi.Tadqiqot.Suvsiz lityum-havo batareyalari birinchi marta 1996 yilda Ibrohim va Z.Jiang tomonidan taklif qilingan. Bo'shatish reaktsiyasi tenglamasi 1-rasmda ko'rsatilgan. Zaryadlash reaktsiyasi aksincha.Elektrolitlar asosan organik elektrolitlar yoki qattiq elektrolitlardan foydalanadi va tushirish mahsuloti asosan Li2O2 bo'lib, mahsulot elektrolitda erimaydi va havo musbat elektrodida to'planishi oson, lityum-havo batareyasining tushirish quvvatiga ta'sir qiladi.
Lityum-havo batareyalari juda yuqori energiya zichligi, ekologik toza va arzon narxning afzalliklariga ega, ammo ularning tadqiqotlari hali boshlang'ich bosqichida va hali ham hal qilinishi kerak bo'lgan ko'plab muammolar mavjud, masalan, kislorodni pasaytirish reaktsiyasini katalizlash, havo elektrodlarining kislorod o'tkazuvchanligi va hidrofobikligi va havo elektrodlarining o'chirilishi va boshqalar.
② Lityum-oltingugurtli batareya
Lityum-oltingugurtli batareyalar batareyaning musbat elektrod materiali sifatida asosan elementar oltingugurt yoki oltingugurtga asoslangan birikmalardan foydalanadi va metall lityum asosan salbiy elektrod uchun ishlatiladi.Chiqarish jarayonida salbiy elektrodda joylashgan metall lityum elektronni yo'qotish va lityum ionlarini hosil qilish uchun oksidlanadi;keyin elektronlar tashqi zanjir orqali musbat elektrodga o'tkaziladi va hosil bo'lgan litiy ionlari ham polisulfid hosil qilish uchun oltingugurt bilan reaksiyaga kirishish uchun elektrolit orqali musbat elektrodga o'tkaziladi.Lityum (LiPSs) va keyin tushirish jarayonini yakunlash uchun lityum sulfid hosil qilish uchun qo'shimcha reaksiyaga kirishadi.Zaryadlash jarayonida LiPSdagi litiy ionlari elektrolit orqali manfiy elektrodga qaytadi, elektronlar esa litiy ionlari bilan lityum metall hosil qilish uchun tashqi kontur orqali manfiy elektrodga qaytadi va LiPSlar musbat elektrodda oltingugurtga qaytariladi. zaryadlash jarayoni.
Lityum-oltingugurtli akkumulyatorlarning zaryadsizlanish jarayoni asosan oltingugurt katodida ko'p bosqichli, ko'p elektronli, ko'p fazali murakkab elektrokimyoviy reaktsiya bo'lib, turli zanjir uzunligi bo'lgan LiPSlar zaryadlash jarayonida bir-biriga aylanadi.Chiqarish jarayonida musbat elektrodda sodir bo'lishi mumkin bo'lgan reaksiya 2-rasmda, manfiy elektrodda esa 3-rasmda ko'rsatilgan.
Lityum-oltingugurt batareyalarining afzalliklari juda aniq, masalan, juda yuqori nazariy imkoniyatlar;materialda kislorod yo'q va kislorod evolyutsiyasi reaktsiyasi sodir bo'lmaydi, shuning uchun xavfsizlik ko'rsatkichlari yaxshi;oltingugurt resurslari ko'p va elementar oltingugurt arzon;u ekologik toza va past toksiklikka ega.Shu bilan birga, lityum-oltingugurt batareyalari ham ba'zi bir qiyin muammolarga ega, masalan, lityum polisulfidning shuttle effekti;elementar oltingugurt va uning tushirish mahsulotlarini izolyatsiyalash;katta hajmdagi o'zgarishlar muammosi;lityum anodlardan kelib chiqadigan beqaror SEI va xavfsizlik muammolari;o'z-o'zidan tushirish fenomeni va boshqalar.
Ikkilamchi batareya tizimining yangi avlodi sifatida lityum-havo batareyalari va lityum-oltingugurt batareyalari juda yuqori nazariy o'ziga xos quvvat qiymatlariga ega va tadqiqotchilar va ikkilamchi batareyalar bozorining katta e'tiborini tortdi.Hozirgi vaqtda bu ikki akkumulyator hali ham ko'plab ilmiy va texnik muammolarga duch kelmoqda.Ular batareyani ishlab chiqishning dastlabki tadqiqot bosqichida.Batareyaning katod materialining o'ziga xos quvvati va barqarorligini yanada yaxshilashga qo'shimcha ravishda, batareya xavfsizligi kabi asosiy masalalar ham zudlik bilan hal qilinishi kerak.Kelajakda ushbu ikkita yangi turdagi batareyalar kengroq qo'llash istiqbollarini ochish uchun ularning kamchiliklarini bartaraf etish uchun doimiy texnik takomillashtirishga muhtoj.
Xabar vaqti: 2023 yil 07 aprel