Apa Itu Baterai Lithium-sulfur?

Baterai lithium-ion (LiCo02) adalah deinterkalasi elektron tunggal, sedangkan baterai lithium-sulfur adalah redoks 8-elektron, sehingga baterai lithium-sulfur memiliki teori bahwa kapasitasnya 7-8 kali lipat dari baterai lithium-ion. Meskipun baterai lithium polimer telah banyak digunakan dalam produk 3C, karena kepadatan energinya yang terbatas, yaitu masa pakai baterai yang terbatas, baterai tersebut perlu sering diisi, yang merupakan hal yang merepotkan. Perasaan paling intuitif adalah bahwa setelah mengganti ponsel pintar, semua orang mengisi daya setiap hari, dan bahkan harta pengisian daya tidak meninggalkan negara. Masyarakat saat ini membutuhkan jenis baterai lithium-ion baru dengan biaya rendah, tanpa polusi, performa stabil, kapasitas spesifik yang besar, dan kepadatan energi yang tinggi untuk memenuhi kebutuhan daya tahan baterai yang lebih lama dan kecepatan pengisian yang lebih cepat.

Sejarah pengembangan baterai litium-sulfur: Baterai lithium-ion memiliki sejarah lebih dari 30 tahun, dan baterai lithium-sulfur lebih muda. Pada tahun 1962, Herbet dan Ulam pertama kali mengusulkan penggunaan sulfur sebagai bahan katoda dan alkali perklorat sebagai elektrolit.

Sistem lithium-sulfur awal dipelajari sebagai baterai primer dan bahkan dikomersialkan untuk sementara waktu, tetapi kemudian diganti dengan baterai yang dapat diisi ulang dan ditahan. Pada tahun 2009, Linda F. Nazar mengusulkan baterai isi ulang sekunder litium-sulfur pada Bahan Alam, dan menggunakan CMK-3 untuk mencapai kapasitas spesifik yang tinggi sebesar 1320mAh / g. Sejak itu, baterai lithium-sulfur benar-benar membuka babak dalam pengembangan.

Prinsip baterai lithium-sulfur: elektroda positif baterai lithium-sulfur adalah bahan yang mengandung sulfur atau sulfur, dan elektroda negatifnya adalah lithium. Tegangan rata-rata 2.1V. Secara teori, sistem litium-belerang (Li-S) memiliki kapasitas spesifik 1672mAh / g dan kepadatan energi 2600Wh / kg. Ini adalah baterai lithium ion komersial tradisional dengan LiCo02 sebagai elektroda positif (kapasitas spesifik teoritis 273,8mAh / g, Kepadatan energi 360Wh / kg) sekitar 7 kali. Dibandingkan dengan baterai lithium-ion biasa, sifat pelepasan baterai lithium-sulfur bukanlah deinterkalasi lithium ion sederhana, melainkan proses redoks yang disertai dengan sejumlah besar produk antara. Selama proses pelepasan baterai pelepasan litium-belerang, unsur belerang bereaksi dengan Li dari pembukaan cincin siklik S8, dan konversi dari rantai panjang Li2S8 ke rantai pendek Li2S disertai dengan dua platform pelepasan yang jelas, pelepasan potensial tinggi Platform 2.45V—- 2.1V, proses dapat dianggap sejumlah besar konversi S8 ke S42, dan debit potensial rendah 2.1V-1.7V, proses ini adalah sejumlah besar S42- menjadi S22- dan S2 -. Di sisi lain, derajat konversi yang berbeda juga sesuai dengan kapasitansi yang berbeda.

Persamaan reaksi pelepasan adalah sebagai berikut:

Elektroda positif: S8 {{1}} 16Li+e- → 8Li2S

Elektroda negatif: Li → Li++e-

Reaksi total: 2Li + nS → Li2Sn → Li2S

Baterai lithium-ion biasa adalah deinterkalasi elektron tunggal, dan baterai lithium-sulfur adalah redoks 8-elektron, sehingga mereka memiliki 7-8 kali kapasitas teoritis dan kepadatan energi. Mirip dengan baterai lithium-ion tradisional, baterai lithium-sulfur terdiri dari elektroda positif, elektroda negatif, separator, elektrolit, dan separator. Oleh karena itu, baterai lithium-sulfur dianggap sebagai alternatif paling menjanjikan untuk baterai lithium-ion tradisional dan menjadi sumber energi baru untuk peralatan penyimpanan energi generasi baru.

Bahan katoda belerang merupakan faktor kunci yang membatasi pengembangan dan penerapan baterai litium-belerang, jadi kami fokus pada katoda belerang. Saat ini, katoda belerang dari sistem litium-belerang juga memiliki beberapa masalah yang harus diselesaikan: efek antar-jemput, konduktivitas yang buruk, dan ekspansi volume.

1. Polisulfida larut selama proses pelepasan (Li2Sx, 3 ＜ x ＜ 8), menghasilkan reaksi disproporsionasi kompleks dan" efek antar-jemput" ;, menyebabkan pelepasan sendiri dalam jumlah besar, mengurangi efisiensi dan siklus Coulomb kinerja, dan menyebabkan penurunan kapasitas yang tidak dapat diubah;

2. Konduktivitas unsur belerang dan produk buangan lithium sulfida rendah, konduktivitas S (5 × 10-30S / cm, 25 ℃), konduktivitas Li2S / Li2S2 (~ 10-30S / cm), menghasilkan pemanfaatan belerang hanya sekitar 50-70%.

3. Transformasi dari ortorombik α-S (ρ1=2.03g / cm3) menjadi Li2S dengan struktur fluorit terbalik (ρ2=1.66g / cm3) memiliki muai volume yang besar, merusak struktur elektroda, dan mempengaruhi stabilitas siklus.