የሊቲየም-አየር ባትሪዎች እና የሊቲየም-ሰልፈር ባትሪዎች መሰረታዊ መርሆችን ለመረዳት መጣጥፍ

01 ሊቲየም-አየር ባትሪዎች እና ሊቲየም-ሰልፈር ባትሪዎች ምንድን ናቸው?

① ሊ-አየር ባትሪ

የሊቲየም-አየር ባትሪ ኦክሲጅን እንደ ፖዘቲቭ ኤሌክትሮድስ እና የብረት ሊቲየም እንደ አሉታዊ ኤሌክትሮድ ይጠቀማል.ከፍተኛ የንድፈ ሃሳብ ሃይል ጥግግት (3500wh/kg) ያለው ሲሆን ትክክለኛው የኢነርጂ መጠኑ 500-1000wh/kg ሊደርስ ይችላል፣ይህም ከተለመደው የሊቲየም-አዮን የባትሪ ስርዓት እጅግ የላቀ ነው።የሊቲየም-አየር ባትሪዎች አዎንታዊ ኤሌክትሮዶች, ኤሌክትሮላይቶች እና አሉታዊ ኤሌክትሮዶች ናቸው.የውሃ ባልሆኑ የባትሪ ስርዓቶች ውስጥ ንጹህ ኦክሲጅን እንደ ምላሽ ጋዝ ጥቅም ላይ ይውላል, ስለዚህ ሊቲየም-አየር ባትሪዎች ሊቲየም-ኦክስጅን ባትሪዎች ተብለው ሊጠሩ ይችላሉ.

በ 1996, አብርሃም እና ሌሎች.በቤተ ሙከራ ውስጥ የመጀመሪያውን የውሃ-አልባ ሊቲየም-አየር ባትሪ በተሳካ ሁኔታ ሰበሰበ።ከዚያም ተመራማሪዎች ውስጣዊ electrochemical ምላሽ እና ያልሆኑ aqueous ሊቲየም-አየር ባትሪዎች ዘዴ ትኩረት መስጠት ጀመረ;በ 2002, Read et al.የሊቲየም-አየር ባትሪዎች ኤሌክትሮኬሚካላዊ አፈፃፀም በኤሌክትሮላይት መሟሟት እና በአየር ካቶድ ቁሶች ላይ የተመሰረተ መሆኑን ደርሰውበታል;በ 2006, Ogasawara et al.Mass spectrometer ተጠቅሟል፣ ለመጀመሪያ ጊዜ Li2O2 ኦክሳይድ መፈጠሩ እና ኦክስጅን ሲሞላ ኦክስጅን እንደተለቀቀ ተረጋግጧል፣ ይህም የ Li2O2 ኤሌክትሮኬሚካላዊ ተገላቢጦሽ መሆኑን አረጋግጧል።ስለዚህ, የሊቲየም-አየር ባትሪዎች ብዙ ትኩረት እና ፈጣን እድገት አግኝተዋል.

② ሊቲየም-ሰልፈር ባትሪ

 የሊቲየም-ሰልፈር ባትሪ ከፍተኛ የተወሰነ አቅም ያለው ሰልፈር (1675mAh/g) እና ሊቲየም ብረት (3860 ሚአሰ/ግ) በሚቀለበስ ምላሽ ላይ የተመሰረተ ሁለተኛ ደረጃ የባትሪ ስርዓት ሲሆን በአማካኝ የመልቀቂያ ቮልቴጅ ወደ 2.15 ቪ.የእሱ የንድፈ ሃሳባዊ የኃይል ጥግግት 2600wh / ኪግ ሊደርስ ይችላል.የእሱ ጥሬ እቃዎች ዝቅተኛ ዋጋ እና የአካባቢ ወዳጃዊነት ጥቅሞች አሉት, ስለዚህ ትልቅ የእድገት አቅም አለው.የሊቲየም-ሰልፈር ባትሪዎች ፈጠራ እ.ኤ.አ. በ1960ዎቹ ኸርበርት እና ኡላም ለባትሪ የፈጠራ ባለቤትነት ጥያቄ ባቀረቡበት ወቅት ሊገኝ ይችላል።የዚህ ሊቲየም-ሰልፈር ባትሪ አምሳያ ሊቲየም ወይም ሊቲየም ቅይጥ እንደ አሉታዊ ኤሌክትሮድ ቁሳቁስ፣ ሰልፈር እንደ አወንታዊ ኤሌክትሮድ ቁስ እና በአሊፋቲክ የሳቹሬትድ አሚኖች የተዋቀረ ነው።የኤሌክትሮላይት.ከጥቂት አመታት በኋላ የሊቲየም-ሰልፈር ባትሪዎች እንደ ፒሲ, ዲኤምኤስኦ እና ዲኤምኤፍ የመሳሰሉ ኦርጋኒክ መሟሟያዎችን በማስተዋወቅ ተሻሽለዋል, እና 2.35-2.5V ባትሪዎች ተገኝተዋል.በ1980ዎቹ መገባደጃ ላይ ኤተርስ በሊቲየም-ሰልፈር ባትሪዎች ውስጥ ጠቃሚ ሆኖ ተገኝቷል።በቀጣይ ጥናቶች፣ በኤተር ላይ የተመሰረቱ ኤሌክትሮላይቶች መገኘታቸው፣ LiNO3 እንደ ኤሌክትሮላይት ተጨማሪነት መጠቀም እና የካርቦን/ሰልፈር ውህድ ፖዘቲቭ ኤሌክትሮዶች ሀሳብ የሊቲየም-ሰልፈር ባትሪዎችን የምርምር እድገት ከፍተዋል።

02 የሊቲየም-አየር ባትሪ እና የሊቲየም-ሰልፈር ባትሪ የስራ መርህ

① ሊ-አየር ባትሪ

እንደ ተለያዩ የኤሌክትሮላይቶች ጥቅም ላይ የዋለው የሊቲየም-አየር ባትሪዎች በውሃ ውስጥ ስርዓቶች ፣ ኦርጋኒክ ስርዓቶች ፣ የውሃ-ኦርጋኒክ ድብልቅ ስርዓቶች እና ሁሉም-ጠንካራ-ግዛት ሊቲየም-አየር ባትሪዎች ሊከፋፈሉ ይችላሉ።ከነሱ መካከል በውሃ ላይ የተመሰረቱ ኤሌክትሮላይቶችን የሚጠቀሙ የሊቲየም አየር ባትሪዎች አነስተኛ አቅም ፣ የሊቲየም ብረትን ለመከላከል ችግሮች እና የስርዓቱ ደካማ ተለዋዋጭነት ፣ የውሃ ያልሆኑ ኦርጋኒክ ሊቲየም-አየር ባትሪዎች እና ሁሉም-ጠንካራ-ግዛት ሊቲየም-አየር። በአሁኑ ጊዜ ባትሪዎች በስፋት ጥቅም ላይ ይውላሉ.ምርምር.የውሃ ያልሆኑ ሊቲየም-አየር ባትሪዎች ለመጀመሪያ ጊዜ በአብርሃም እና በዜድ ጂያንግ በ1996 ቀርበዋል። የመልቀቂያው ምላሽ እኩልታ በስእል 1 ይታያል። የኃይል መሙያው ምላሽ ተቃራኒ ነው።ኤሌክትሮላይቱ በዋናነት ኦርጋኒክ ኤሌክትሮላይት ወይም ጠንካራ ኤሌክትሮላይት ይጠቀማል, እና የመልቀቂያው ምርት በዋናነት Li2O2 ነው, ምርቱ በኤሌክትሮላይት ውስጥ የማይሟሟ ነው, እና በአየር ፖዘቲቭ ኤሌክትሮድ ላይ በቀላሉ ሊከማች ይችላል, ይህም የሊቲየም-አየር ባትሪን የማውጣት አቅም ላይ ተጽዕኖ ያሳድራል.

የሊቲየም አየር ባትሪዎች እጅግ በጣም ከፍተኛ የኢነርጂ ጥግግት ፣ የአካባቢ ወዳጃዊነት እና ዝቅተኛ ዋጋ ጥቅሞች አሏቸው ፣ ግን ምርምራቸው ገና በጅምር ላይ ነው ፣ እና አሁንም ብዙ የሚቀረፉ ችግሮች አሉ ፣ ለምሳሌ የኦክስጂን ቅነሳ ምላሽ ፣ የኦክስጂን መስፋፋት እና የአየር ኤሌክትሮዶች ሃይድሮፖቢሲዝም ፣ እና የአየር ኤሌክትሮዶች መጥፋት ወዘተ.

② ሊቲየም-ሰልፈር ባትሪ

የሊቲየም-ሰልፈር ባትሪዎች በዋናነት በኤሌሜንታል ሰልፈር ወይም በሰልፈር ላይ የተመሰረቱ ውህዶችን እንደ ባትሪው አወንታዊ ኤሌክትሮዶች ይጠቀማሉ።በማፍሰሻ ሂደት ውስጥ, በአሉታዊ ኤሌክትሮድ ላይ የሚገኘው የብረት ሊቲየም ኤሌክትሮን ለማጣት እና የሊቲየም ionዎችን ለማመንጨት ኦክሳይድ ይደረግበታል;ከዚያም ኤሌክትሮኖች በውጫዊ ዑደት በኩል ወደ አወንታዊ ኤሌክትሮዶች ይዛወራሉ, እና የሚመነጩት ሊቲየም ions ደግሞ በኤሌክትሮላይት በኩል ወደ ፖዘቲቭ ኤሌክትሮል በሰልፈር አማካኝነት ፖሊሰልፋይድ እንዲፈጠሩ ይደረጋል.ሊቲየም (LiPSs)፣ እና ከዚያ ተጨማሪ ምላሽ መስጠት የሊቲየም ሰልፋይድ የማፍሰሻ ሂደቱን ለማጠናቀቅ።በመሙላት ሂደት ውስጥ ሊቲየም አየኖች በኤሌክትሮላይት በኩል ወደ አሉታዊ ኤሌክትሮዶች ይመለሳሉ ፣ ኤሌክትሮኖች ደግሞ በውጫዊ ዑደት ወደ አሉታዊ ኤሌክትሮዶች ይመለሳሉ እና ሊቲየም ብረትን ከሊቲየም ions ጋር ይመሰርታሉ ፣ እና LiPS ዎች በአዎንታዊ ኤሌክትሮድ ወደ ሰልፈር ይቀነሳሉ ። የመሙላት ሂደት.

የሊቲየም-ሰልፈር ባትሪዎችን የማፍሰሻ ሂደት በዋነኛነት ባለ ብዙ ደረጃ ፣ ባለ ብዙ ኤሌክትሮን ፣ ባለብዙ-ደረጃ ውስብስብ ኤሌክትሮኬሚካላዊ ምላሽ በሰልፈር ካቶድ ላይ ፣ እና የተለያዩ የሰንሰለት ርዝመቶች ያላቸው LiPSs በቻርጅ-ማስወጣት ሂደት ውስጥ እርስ በእርስ ይለወጣሉ።በማፍሰሻ ሂደት ውስጥ በአዎንታዊ ኤሌክትሮድስ ላይ ሊከሰት የሚችለው ምላሽ በስእል 2 ይታያል, እና በአሉታዊ ኤሌክትሮጁ ላይ ያለው ምላሽ በስእል 3 ይታያል.

የሊቲየም-ሰልፈር ባትሪዎች ጥቅሞች በጣም ግልጽ ናቸው, ለምሳሌ በጣም ከፍተኛ የቲዮሬቲክ አቅም;በእቃው ውስጥ ኦክስጅን የለም ፣ እና የኦክስጂን የዝግመተ ለውጥ ምላሽ አይከሰትም ፣ ስለዚህ የደህንነት አፈፃፀም ጥሩ ነው ፣የሰልፈር ሀብቶች ብዙ ናቸው እና ኤለመንታል ድኝ ርካሽ ነው;ለአካባቢ ተስማሚ እና አነስተኛ መርዛማነት አለው.ይሁን እንጂ የሊቲየም-ሰልፈር ባትሪዎች እንደ ሊቲየም ፖሊሰልፋይድ ሹትል ተጽእኖ የመሳሰሉ አንዳንድ ፈታኝ ችግሮች አሉባቸው;የኤሌሜንታሪ ሰልፈር እና የመልቀቂያ ምርቶች መከላከያ;ትልቅ መጠን ያለው ለውጥ ችግር;በሊቲየም አኖዶች ምክንያት የሚከሰተው ያልተረጋጋ SEI እና የደህንነት ችግሮች;ራስን የማፍሰስ ክስተት, ወዘተ.

እንደ አዲስ ትውልድ ሁለተኛ ደረጃ የባትሪ ስርዓት, ሊቲየም-አየር ባትሪዎች እና ሊቲየም-ሰልፈር ባትሪዎች በጣም ከፍተኛ የንድፈ ሃሳብ ልዩ አቅም ያላቸው እሴቶች አላቸው, እና ከተመራማሪዎች እና ከሁለተኛ ደረጃ የባትሪ ገበያ ከፍተኛ ትኩረትን ስቧል.በአሁኑ ጊዜ እነዚህ ሁለት ባትሪዎች አሁንም ብዙ ሳይንሳዊ እና ቴክኒካዊ ችግሮች እያጋጠሟቸው ነው.በባትሪ ልማት የመጀመሪያ የምርምር ደረጃ ላይ ናቸው።ተጨማሪ መሻሻል ከሚያስፈልገው የባትሪ ካቶድ ቁሳቁስ ልዩ አቅም እና መረጋጋት በተጨማሪ እንደ የባትሪ ደህንነት ያሉ ቁልፍ ጉዳዮችም በአስቸኳይ መፈታት አለባቸው።ለወደፊቱ, እነዚህ ሁለት አዳዲስ የባትሪ ዓይነቶች አሁንም ሰፊ የመተግበሪያ ተስፋዎችን ለመክፈት ጉድለቶቻቸውን ለማስወገድ ቀጣይነት ያለው ቴክኒካዊ ማሻሻያ ያስፈልጋቸዋል.