01 Лити-агаарын батерей ба лити-хүхрийн батерей гэж юу вэ?
① Ли-агаарын зай
Лити-агаарын батерей нь хүчилтөрөгчийг эерэг электродын урвалж, металл литийг сөрөг электрод болгон ашигладаг.Энэ нь онолын эрчим хүчний өндөр нягтралтай (3500wh/kg) бөгөөд бодит эрчим хүчний нягтрал нь 500-1000wh/kg хүрэх боломжтой бөгөөд энэ нь ердийн лити-ион батерейны системээс хамаагүй өндөр юм.Лити-агаарын батерей нь эерэг электрод, электролит ба сөрөг электродуудаас бүрдэнэ.Усан бус батерейны системд одоогоор цэвэр хүчилтөрөгчийг урвалын хий болгон ашиглаж байгаа тул лити-агаарын батерейг мөн лити-хүчилтөрөгчийн батерей гэж нэрлэж болно.
1996 онд Абрахам нар.лабораторид анхны усгүй литийн агаарын зайг амжилттай угсарсан.Дараа нь судлаачид усан бус лити-агаарын батерейны дотоод цахилгаан химийн урвал, механизмд анхаарлаа хандуулж эхлэв;2002 онд Read et al.лити-агаарын батерейны цахилгаан химийн үзүүлэлтүүд нь электролитийн уусгагч ба агаарын катодын материалаас хамаардаг болохыг олж мэдсэн;2006 онд Огасавара нар.Масс спектрометрийг ашигласнаар цэнэглэх явцад Li2O2 исэлдэж, хүчилтөрөгч ялгардаг нь анх удаа батлагдсан бөгөөд энэ нь Li2O2-ийн цахилгаан химийн урвуу чанарыг баталсан.Тиймээс лити-агаарын батерейнууд маш их анхаарал хандуулж, хурдацтай хөгжиж байна.
② Лити-хүхрийн зай
Лити-хүхрийн батерей нь өндөр хувийн хүчин чадалтай хүхэр (1675 мАч/г) ба лити металлын (3860 мАч/г) урвуу урвалд суурилсан хоёрдогч батерейны систем бөгөөд дундаж цэнэг нь ойролцоогоор 2.15 В байдаг.Түүний онолын эрчим хүчний нягтрал нь 2600wh/kg хүрч чаддаг.Түүхий эд нь хямд өртөгтэй, байгаль орчинд ээлтэй гэх мэт давуу талтай учраас хөгжлийн асар их нөөцтэй.Лити-хүхрийн батерейг зохион бүтээсэн нь 1960-аад онд Герберт, Улам нар батерейны патент авах хүсэлт гаргаж байсан үеэс эхэлж болно.Энэхүү лити-хүхрийн батерейны прототип нь сөрөг электродын материал болгон литийн эсвэл литийн хайлш, эерэг электродын материал болгон хүхрийг ашигласан бөгөөд алифатик ханасан аминаас бүрддэг.электролитийн.Хэдэн жилийн дараа лити-хүхрийн батерейг PC, DMSO, DMF зэрэг органик уусгагчийг нэвтрүүлж сайжруулж, 2.35-2.5 В батерейг гаргаж авсан.1980-аад оны сүүлээр эфир нь лити-хүхрийн батерейнд ашигтай болох нь батлагдсан.Дараагийн судалгаагаар эфирт суурилсан электролитийг олж илрүүлж, LiNO3-ийг электролитийн нэмэлт болгон ашиглах, нүүрстөрөгч/хүхрийн нийлмэл эерэг электродуудыг санал болгосноор лити-хүхрийн батерейны судалгааны тэсрэлтийг нээсэн.
02 Лити-агаарын батерей ба лити-хүхрийн батерейны ажиллах зарчим
① Ли-агаарын зай
Ашигласан электролитийн янз бүрийн төлөвийн дагуу лити-агаарын батерейг усан систем, органик систем, усан-органик эрлийз систем, бүх хатуу төлөвт лити-агаарын батерей гэж хувааж болно.Тэдгээрийн дотроос усан дээр суурилсан электролит ашигладаг лити-агаарын батерейны хувийн багтаамж бага, литийн металлыг хамгаалахад хүндрэлтэй, системийн эргэлт муутай зэргээс шалтгаалан усан бус органик лити-агаарын батерей, бүх хатуу төлөвт лити-агаар. батерейг одоо илүү өргөн ашиглаж байна.Судалгаа.Усан бус лити-агаарын батерейг анх 1996 онд Абрахам, З.Жиан нар санал болгосон. Цэнэглэх урвалын тэгшитгэлийг Зураг 1-д үзүүлэв. Цэнэглэх урвал нь эсрэгээрээ байна.Электролит нь ихэвчлэн органик электролит эсвэл хатуу электролитийг ашигладаг бөгөөд гадагшлуулах бүтээгдэхүүн нь голчлон Li2O2, бүтээгдэхүүн нь электролитэд уусдаггүй, агаарын эерэг электрод дээр хуримтлагдахад хялбар байдаг бөгөөд энэ нь лити-агаарын зайны цэнэгийн хүчин чадалд нөлөөлдөг.
Лити-агаарын батерейнууд нь хэт өндөр эрчим хүчний нягтрал, байгаль орчинд ээлтэй, хямд үнэ зэрэг давуу талуудтай боловч судалгаа нь эхэн шатандаа байгаа бөгөөд хүчилтөрөгчийг бууруулах урвалын катализ, батерей, батерей зэрэг шийдвэрлэх шаардлагатай олон асуудал байсаар байна. Агаарын электродын хүчилтөрөгчийн нэвчилт ба гидрофобик чанар, агаарын электродын идэвхгүй байдал гэх мэт.
② Лити-хүхрийн зай
Лити-хүхрийн батерей нь үндсэн хүхэр эсвэл хүхэрт суурилсан нэгдлүүдийг батерейны эерэг электродын материал болгон ашигладаг ба металл лити нь сөрөг электродын хувьд голчлон ашиглагддаг.Цэнэглэх процессын явцад сөрөг электрод дээр байрлах металл лити нь электроныг алдаж, литийн ион үүсгэдэг;дараа нь электронууд гадаад хэлхээгээр эерэг электрод руу шилжиж, үүссэн литийн ионууд мөн электролитээр дамжин эерэг электрод руу шилжиж хүхэртэй урвалд орж полисульфид үүсдэг.Лити (LiPSs), дараа нь гадагшлуулах процессыг дуусгахын тулд литийн сульфид үүсгэхийн тулд цаашид урвалд орно.Цэнэглэх явцад LiPS дахь литийн ионууд электролитээр дамжин сөрөг электрод руу буцдаг бол электронууд сөрөг электрод руу буцаж литийн ионуудтай литийн метал үүсгэх ба LiPS нь эерэг электрод дээр хүхэр болж буурдаг. цэнэглэх үйл явц.
Лити-хүхрийн батерейг цэнэглэх процесс нь голчлон хүхрийн катод дээр олон шатлалт, олон электрон, олон фазын нийлмэл цахилгаан химийн урвал явагддаг бөгөөд өөр өөр гинжин хэлхээний урттай LiPS-ууд нь цэнэг алдалтын явцад бие биедээ хувирдаг.Цэнэглэх процессын үед эерэг электрод дээр гарч болох урвалыг 2-р зурагт, сөрөг электрод дахь урвалыг 3-р зурагт үзүүлэв.
Лити-хүхрийн батерейны давуу талууд нь онолын хувьд маш өндөр хүчин чадалтай;материалд хүчилтөрөгч байхгүй, хүчилтөрөгч ялгаруулах урвал явагдахгүй тул аюулгүй байдлын үзүүлэлт сайн байна;хүхрийн нөөц элбэг, элементийн хүхэр хямд;байгаль орчинд ээлтэй, хоруу чанар багатай.Гэсэн хэдий ч лити-хүхрийн батерейнууд нь литийн полисульфидын шаттл эффект гэх мэт зарим бэрхшээлтэй асуудлуудтай байдаг;хүхрийн элементийн дулаалга ба түүний гадагшлуулах бүтээгдэхүүн;их хэмжээний өөрчлөлтийн асуудал;тогтворгүй SEI болон литийн анодын улмаас үүссэн аюулгүй байдлын асуудлууд;өөрөө ялгарах үзэгдэл гэх мэт.
Хоёрдогч батерейны шинэ үеийн системийн хувьд лити-агаарын батарей болон лити-хүхрийн батерейнууд нь онолын хувьд маш өндөр хүчин чадалтай бөгөөд судлаачид болон хоёрдогч батерейны зах зээлийн анхаарлыг татсан.Одоогийн байдлаар эдгээр хоёр батерей нь шинжлэх ухаан, техникийн олон асуудалтай тулгарсан хэвээр байна.Тэд батерейг хөгжүүлэх судалгааны эхний шатанд байна.Аккумуляторын катодын материалын тодорхой хүчин чадал, тогтвортой байдлыг цаашид сайжруулах шаардлагатайгаас гадна батерейны аюулгүй байдал зэрэг гол асуудлуудыг яаралтай шийдвэрлэх шаардлагатай байна.Ирээдүйд эдгээр хоёр шинэ төрлийн батерейг илүү өргөн хэрэглээний хэтийн төлөвийг нээхийн тулд согогийг арилгахын тулд техникийн тасралтгүй сайжруулалт шаардлагатай хэвээр байна.
Шуудангийн цаг: 2023 оны 4-р сарын 07