01 Wat is litium-lugbatterye en litium-swaelbatterye?
① Li-lug battery
Die litium-lugbattery gebruik suurstof as die positiewe elektrode-reaktant en metaallitium as die negatiewe elektrode.Dit het 'n hoë teoretiese energiedigtheid (3500wh/kg), en sy werklike energiedigtheid kan 500-1000wh/kg bereik, wat baie hoër is as die konvensionele litiumioonbatterystelsel.Litium-lugbatterye bestaan uit positiewe elektrodes, elektroliete en negatiewe elektrodes.In nie-waterige batterystelsels word suiwer suurstof tans as die reaksiegas gebruik, dus kan litium-lugbatterye ook litium-suurstofbatterye genoem word.
In 1996 het Abraham et al.het die eerste nie-waterige litium-lugbattery in die laboratorium suksesvol aanmekaar gesit.Toe begin navorsers aandag gee aan die interne elektrochemiese reaksie en meganisme van nie-waterige litium-lugbatterye;in 2002, Read et al.gevind dat die elektrochemiese werkverrigting van litium-lugbatterye afhang van die elektroliet-oplosmiddel en lugkatode-materiale;in 2006, Ogasawara et al.massaspektrometer gebruik het, is dit vir die eerste keer bewys dat Li2O2 geoksideer is en suurstof vrygestel is tydens laai, wat die elektrochemiese omkeerbaarheid van Li2O2 bevestig het.Daarom het litium-lugbatterye baie aandag en vinnige ontwikkeling gekry.
② Litium-swael battery
Litium-swaelbattery is 'n sekondêre batterystelsel gebaseer op die omkeerbare reaksie van hoë spesifieke kapasiteit swael (1675mAh/g) en litiummetaal (3860mAh/g), met 'n gemiddelde ontladingsspanning van ongeveer 2.15V.Sy teoretiese energiedigtheid kan 2600wh/kg bereik.Die grondstowwe het die voordele van lae koste en omgewingsvriendelikheid, so dit het groot ontwikkelingspotensiaal.Die uitvinding van litium-swael batterye kan teruggevoer word na die 1960's, toe Herbert en Ulam aansoek gedoen het vir 'n battery patent.Die prototipe van hierdie litium-swaelbattery het litium of litiumlegering as die negatiewe elektrodemateriaal gebruik, swael as die positiewe elektrodemateriaal en saamgestel uit alifatiese versadigde amiene.van elektroliet.'n Paar jaar later is litium-swaelbatterye verbeter deur organiese oplosmiddels soos PC, DMSO en DMF in te voer, en 2.35-2.5V-batterye is verkry.Teen die laat 1980's is bewys dat eters bruikbaar is in litium-swaelbatterye.In daaropvolgende studies het die ontdekking van eter-gebaseerde elektroliete, die gebruik van LiNO3 as 'n elektroliet byvoeging, en die voorstel van koolstof/swael saamgestelde positiewe elektrodes die navorsingsoplewing van litium-swael batterye geopen.
02 Werksbeginsel van litium-lugbattery en litium-swaelbattery
① Li-lug battery
Volgens die verskillende toestande van die elektroliet wat gebruik word, kan litium-lugbatterye verdeel word in waterige stelsels, organiese stelsels, water-organiese hibriede stelsels, en vol vaste toestand litium-lug batterye.Onder hulle, as gevolg van die lae spesifieke kapasiteit van litium-lugbatterye wat watergebaseerde elektroliete gebruik, probleme om litiummetaal te beskerm, en swak omkeerbaarheid van die stelsel, nie-waterige organiese litium-lugbatterye en volwaardige litium-lug batterye word tans meer algemeen gebruik.Navorsing.Nie-waterige litium-lugbatterye is vir die eerste keer deur Abraham en Z.Jiang in 1996 voorgestel. Die ontladingsreaksievergelyking word in Figuur 1 getoon. Die laaireaksie is die teenoorgestelde.Die elektroliet gebruik hoofsaaklik organiese elektroliet of soliede elektroliet, en die ontladingsproduk is hoofsaaklik Li2O2, die produk is onoplosbaar in die elektroliet, en is maklik om op die lug positiewe elektrode te versamel, wat die ontladingskapasiteit van die litium-lugbattery beïnvloed.
Litium-lugbatterye het die voordele van ultrahoë energiedigtheid, omgewingsvriendelikheid en lae prys, maar hul navorsing is nog in sy kinderskoene, en daar is nog baie probleme wat opgelos moet word, soos die katalise van suurstofverminderingsreaksie, die suurstofdeurlaatbaarheid en hidrofobisiteit van lugelektrodes, en die deaktivering van lugelektrodes, ens.
② Litium-swael battery
Litium-swael batterye gebruik hoofsaaklik elementêre swael of swael-gebaseerde verbindings as die positiewe elektrode materiaal van die battery, en metaal litium word hoofsaaklik gebruik vir die negatiewe elektrode.Tydens die ontladingsproses word die metaallitium wat by die negatiewe elektrode geleë is geoksideer om 'n elektron te verloor en litiumione te genereer;dan word die elektrone deur die eksterne stroombaan na die positiewe elektrode oorgedra, en die gegenereerde litiumione word ook deur die elektroliet na die positiewe elektrode oorgedra om met swael te reageer om polisulfied te vorm.Litium (LiPSs), en reageer dan verder om litiumsulfied te genereer om die ontladingsproses te voltooi.Tydens die laaiproses keer litiumione in LiPS'e terug na die negatiewe elektrode deur die elektroliet, terwyl elektrone na die negatiewe elektrode terugkeer deur 'n eksterne stroombaan om litiummetaal met litiumione te vorm, en LiPS'e word gereduseer na swael by die positiewe elektrode om die laai proses.
Die ontladingsproses van litium-swaelbatterye is hoofsaaklik 'n multi-stap, multi-elektron, multi-fase komplekse elektrochemiese reaksie op die swael katode, en LiPS'e met verskillende kettinglengtes word in mekaar getransformeer tydens die lading-ontlading proses.Tydens die ontladingsproses word die reaksie wat by die positiewe elektrode kan voorkom in Figuur 2 getoon, en die reaksie by die negatiewe elektrode word in Figuur 3 getoon.
Die voordele van litium-swael batterye is baie duidelik, soos baie hoë teoretiese kapasiteit;daar is geen suurstof in die materiaal nie, en suurstof-evolusie-reaksie sal nie plaasvind nie, dus is die veiligheidsprestasie goed;swaelbronne is volop en elementêre swael is goedkoop;dit is omgewingsvriendelik en het lae toksisiteit.Litium-swaelbatterye het egter ook 'n paar uitdagende probleme, soos die litium-polisulfied-pendel-effek;die isolasie van elementêre swael en sy afvoerprodukte;die probleem van groot volume veranderinge;die onstabiele SEI en veiligheidsprobleme wat deur litiumanodes veroorsaak word;selfontladingsverskynsel, ens.
As 'n nuwe generasie sekondêre batterystelsels het litium-lugbatterye en litium-swaelbatterye baie hoë teoretiese spesifieke kapasiteitswaardes, en het uitgebreide aandag van navorsers en die sekondêre batterymark getrek.Tans staar hierdie twee batterye nog baie wetenskaplike en tegniese probleme in die gesig.Hulle is in die vroeë navorsingstadium van batteryontwikkeling.Benewens die spesifieke kapasiteit en stabiliteit van die batterykatodemateriaal wat verder verbeter moet word, moet sleutelkwessies soos batteryveiligheid ook dringend opgelos word.In die toekoms het hierdie twee nuwe tipes batterye steeds voortdurende tegniese verbetering nodig om hul defekte uit te skakel om breër toepassingsvooruitsigte oop te maak.
Postyd: Apr-07-2023