01 Zer dira litio-aireko bateriak eta litio-sufrezko bateriak?
① Li-air bateria
Litio-aire bateriak oxigenoa erabiltzen du elektrodo positibo erreaktibo gisa eta metal litioa elektrodo negatibo gisa.Energia-dentsitate teoriko handia du (3500wh/kg), eta bere benetako energia-dentsitatea 500-1000wh/kg-ra irits daiteke, hau da, litio-ioizko bateria sistema konbentzionala baino askoz handiagoa.Litio-airezko bateriak elektrodo positiboz, elektrolitoz eta elektrodo negatiboz osatuta daude.Urak ez diren bateria-sistemetan, gaur egun, oxigeno purua erabiltzen da erreakzio-gas gisa, beraz, litio-airezko bateriak litio-oxigeno-pilak ere deitu daitezke.
1996an, Abraham et al.arrakastaz muntatu zuen laborategian litio-airezko lehen bateria ez-urtsua.Orduan ikertzaileak litio-airezko baterien barneko erreakzio elektrokimikoari eta mekanismoari arreta jartzen hasi ziren;2002an, Read et al.aurkitu zuen litio-airezko baterien errendimendu elektrokimikoa elektrolito-disolbatzaileen eta aire-katodoaren materialen araberakoa zela;2006an, Ogasawara et al.Masa espektrometroa erabilita, lehen aldiz frogatu zen Li2O2 oxidatu eta oxigenoa askatzen zela kargatzean, eta horrek Li2O2ren itzulgarritasun elektrokimikoa baieztatu zuen.Hori dela eta, litio-aire bateriek arreta handia eta garapen azkarra jaso dute.
② Litio-sufrezko bateria
Litio-sufrezko bateria bigarren mailako bateria-sistema bat da, gaitasun espezifiko handiko sufre (1675mAh/g) eta litio metalikoaren (3860mAh/g) erreakzio itzulgarrian oinarritutakoa, batez beste 2,15V inguruko deskarga-tentsioarekin.Bere energia-dentsitate teorikoa 2600wh/kg-ra irits daiteke.Bere lehengaiek kostu baxuaren eta ingurumenarekiko errespetuaren abantailak dituzte, beraz, garapen ahalmen handia du.Litio-sufrezko baterien asmakizuna 1960ko hamarkadan dago, Herbert eta Ulam-ek bateriaren patentea eskatu zutenean.Litio-sufrezko bateria honen prototipoak litio edo litio aleazioa erabiltzen zuen elektrodo negatiboko material gisa, sufrea elektrodo positibo gisa eta amina ase alifatikoz osatua.elektrolitoarena.Urte batzuk geroago, litio-sufrezko bateriak hobetu ziren PC, DMSO eta DMF bezalako disolbatzaile organikoak sartuz, eta 2,35-2,5 V-ko bateriak lortu ziren.1980ko hamarkadaren amaieran, eterrak litio-sufrezko baterietan erabilgarriak zirela frogatu zen.Ondorengo ikerketetan, eter-oinarritutako elektrolitoen aurkikuntzak, LiNO3 elektrolito-gehigarri gisa erabiltzeak eta karbono/sufre-elektrodo positibo konposatuen proposamenak litio-sufrezko baterien ikerketa-boom-a ireki dute.
02 Litio-aireko bateriaren eta litio-sufreko bateriaren funtzionamendu-printzipioa
① Li-air bateria
Erabilitako elektrolitoaren egoera ezberdinen arabera, litio-aire bateriak ur-sistema, sistema organiko, ur-organiko hibrido sistema eta egoera solido osoko litio-aire piletan bana daitezke.Horien artean, ur-oinarritutako elektrolitoak erabiltzen dituzten litio-aire baterien gaitasun espezifiko baxua dela eta, litio metala babesteko zailtasunak eta sistemaren itzulgarritasun eskasa direla eta, litio-airezko bateria organiko urtsuak eta egoera solido osoko litio-airea. bateriak gehiago erabiltzen dira gaur egun.Ikerketa.Abrahamek eta Z.Jiang-ek 1996an proposatu zituzten litio-aire ez-urtsuko bateriak. Deskarga-erreakzio-ekuazioa 1. Irudian ageri da. Karga-erreakzioa kontrakoa da.Elektrolitoak elektrolito organikoa edo elektrolito solidoa erabiltzen du batez ere, eta deskargako produktua Li2O2 da batez ere, produktua elektrolitoan disolbaezina da eta erraza da aireko elektrodo positiboan metatzen, litio-aire bateriaren deskarga ahalmena eragiten du.
Litio-aire bateriek energia-dentsitate oso altua, ingurumena errespetatzen duten eta prezio baxuaren abantailak dituzte, baina haien ikerketa hastapenetan dago oraindik, eta arazo asko daude konpontzeko, hala nola, oxigenoa murrizteko erreakzioaren katalisia, aire-elektrodoen oxigeno-iragazkortasuna eta hidrofobikotasuna, eta aire-elektrodoen desaktibazioa, etab.
② Litio-sufrezko bateria
Litio-sufrezko bateriek sufre elementala edo sufre-oinarritutako konposatuak erabiltzen dituzte batez ere bateriaren elektrodo positibo gisa, eta litio metalikoa elektrodo negatiborako erabiltzen da batez ere.Deskarga prozesuan, elektrodo negatiboan kokatutako litio metalikoa oxidatzen da elektroi bat galtzeko eta litio ioiak sortzeko;gero elektroiak elektrodo positibora transferitzen dira kanpoko zirkuituaren bidez, eta sortutako litio ioiak elektrolitoaren bidez elektrodo positibora ere transferitzen dira sufrearekin erreakzionatzeko polisulfuroa sortzeko.Litioa (LiPSak), eta gero gehiago erreakzionatu litio sulfuroa sortzeko, isurketa-prozesua osatzeko.Kargatze-prozesuan, LiPS-en litio-ioiak elektrodo negatibora itzultzen dira elektrolitoaren bidez, elektroiak elektrodo negatibora itzultzen diren bitartean kanpoko zirkuitu baten bidez litio metala eratzeko litio-ioiekin, eta LiPSak sufrera murrizten dira elektrodo positiboan osatzeko. kargatzeko prozesua.
Litio-sufrezko baterien deskarga-prozesua, batez ere, urrats anitzeko, elektroi anitzeko, fase anitzeko erreakzio elektrokimiko konplexua da sufre-katodoan, eta kate-luzera ezberdineko LiPSak elkarren artean eraldatzen dira karga-deskarga prozesuan.Deskarga prozesuan zehar, elektrodo positiboan gerta daitekeen erreakzioa 2. irudian ageri da, eta elektrodo negatiboan erreakzioa 3. irudian.
Litio-sufrezko baterien abantailak oso agerikoak dira, hala nola gaitasun teoriko oso handia;ez dago oxigenorik materialan, eta oxigenoaren bilakaeraren erreakzioa ez da gertatuko, beraz, segurtasun-errendimendua ona da;sufre-baliabideak ugariak dira eta sufre elementala merkea da;ingurumena errespetatzen du eta toxikotasun txikia du.Dena den, litio-sufrezko bateriek arazo larri batzuk ere badituzte, hala nola, litio polisulfuroko anezka efektua;sufre elementalaren eta bere isurketa-produktuen isolamendua;bolumen-aldaketa handien arazoa;SEI ezegonkorra eta litio anodoek eragindako segurtasun arazoak;autodeskargaren fenomenoa, etab.
Bigarren mailako bateria-sistemaren belaunaldi berri gisa, litio-airezko bateriak eta litio-sufrezko bateriak gaitasun espezifiko balio teoriko oso altuak dituzte eta ikertzaileen eta bigarren mailako bateriaren merkatuaren arreta handia erakarri dute.Gaur egun, bi bateria hauek arazo zientifiko eta tekniko askorekin jarraitzen dute.Baterien garapenaren ikerketa-fasean daude.Bateriaren katodoaren materialaren ahalmen espezifikoa eta egonkortasuna gehiago hobetu behar izateaz gain, bateriaren segurtasuna bezalako funtsezko gaiak ere premiaz konpondu behar dira.Etorkizunean, bi bateria-mota berri hauek etengabeko hobekuntza teknikoa behar dute oraindik akatsak kentzeko, aplikazio aukera zabalagoak irekitzeko.
Argitalpenaren ordua: 2023-07-04