01 लिथियम-एयर ब्याट्रीहरू र लिथियम-सल्फर ब्याट्रीहरू के हुन्?
① ली-एयर ब्याट्री
लिथियम-एयर ब्याट्रीले सकारात्मक इलेक्ट्रोड रिएक्टेन्टको रूपमा अक्सिजन र धातु लिथियमलाई नकारात्मक इलेक्ट्रोडको रूपमा प्रयोग गर्दछ।यसमा उच्च सैद्धान्तिक ऊर्जा घनत्व (3500wh/kg) छ, र यसको वास्तविक ऊर्जा घनत्व 500-1000wh/kg पुग्न सक्छ, जुन परम्परागत लिथियम-आयन ब्याट्री प्रणाली भन्दा धेरै उच्च छ।लिथियम-एयर ब्याट्रीहरू सकारात्मक इलेक्ट्रोड, इलेक्ट्रोलाइट्स र नकारात्मक इलेक्ट्रोडहरू मिलेर बनेका हुन्छन्।गैर-जलीय ब्याट्री प्रणालीहरूमा, शुद्ध अक्सिजन हाल प्रतिक्रिया ग्याँसको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, त्यसैले लिथियम-एयर ब्याट्रीहरूलाई लिथियम-अक्सिजन ब्याट्रीहरू पनि भन्न सकिन्छ।
1996 मा, अब्राहम et al।प्रयोगशालामा पहिलो गैर-जलीय लिथियम-एयर ब्याट्री सफलतापूर्वक भेला भयो।त्यसपछि अन्वेषकहरूले आन्तरिक इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया र गैर-जलीय लिथियम-एयर ब्याट्रीहरूको संयन्त्रमा ध्यान दिन थाले;2002 मा, पढ्नुहोस् et al।लिथियम-एयर ब्याट्रीहरूको इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन इलेक्ट्रोलाइट सॉल्भेन्ट र एयर क्याथोड सामग्रीमा निर्भर रहेको फेला पारियो;2006 मा, Ogasawara et al।मास स्पेक्ट्रोमिटर प्रयोग गरियो, यो पहिलो पटक प्रमाणित भयो कि Li2O2 लाई अक्सिडाइज गरिएको थियो र चार्ज गर्दा अक्सिजन छोडियो, जसले Li2O2 को इलेक्ट्रोकेमिकल रिभर्सिबिलिटी पुष्टि गर्यो।त्यसकारण, लिथियम-एयर ब्याट्रीहरूले धेरै ध्यान र द्रुत विकास प्राप्त गरेको छ।
② लिथियम-सल्फर ब्याट्री
लिथियम-सल्फर ब्याट्री उच्च विशिष्ट क्षमता सल्फर (1675mAh/g) र लिथियम धातु (3860mAh/g) को उल्टो प्रतिक्रियामा आधारित माध्यमिक ब्याट्री प्रणाली हो, जसको औसत डिस्चार्ज भोल्टेज लगभग 2.15V हुन्छ।यसको सैद्धान्तिक ऊर्जा घनत्व 2600wh/kg पुग्न सक्छ।यसको कच्चा माल कम लागत र पर्यावरण मित्रता को फाइदा छ, त्यसैले यो ठूलो विकास क्षमता छ।लिथियम-सल्फर ब्याट्रीको आविष्कार 1960 को दशकमा पत्ता लगाउन सकिन्छ, जब हर्बर्ट र उलामले ब्याट्री पेटेन्टको लागि आवेदन दिए।यस लिथियम-सल्फर ब्याट्रीको प्रोटोटाइपले नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीको रूपमा लिथियम वा लिथियम मिश्र धातु प्रयोग गर्यो, सल्फरलाई सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीको रूपमा र अलिफेटिक संतृप्त अमाइनहरू मिलेर बनेको थियो।इलेक्ट्रोलाइट को।केही वर्ष पछि, PC, DMSO, र DMF जस्ता जैविक विलायकहरू परिचय गरेर लिथियम-सल्फर ब्याट्रीहरू सुधार गरियो र 2.35-2.5V ब्याट्रीहरू प्राप्त गरियो।1980 को दशकको अन्त सम्म, इथरहरू लिथियम-सल्फर ब्याट्रीहरूमा उपयोगी साबित भएका थिए।पछिल्ला अध्ययनहरूमा, ईथर-आधारित इलेक्ट्रोलाइटहरूको खोज, इलेक्ट्रोलाइट एडिटिभको रूपमा LiNO3 को प्रयोग, र कार्बन/सल्फर कम्पोजिट सकारात्मक इलेक्ट्रोडको प्रस्तावले लिथियम-सल्फर ब्याट्रीहरूको अनुसन्धान बूम खोलेको छ।
02 लिथियम-एयर ब्याट्री र लिथियम-सल्फर ब्याट्रीको कार्य सिद्धान्त
① ली-एयर ब्याट्री
प्रयोग गरिएको इलेक्ट्रोलाइटको विभिन्न अवस्थाहरू अनुसार, लिथियम-एयर ब्याट्रीहरूलाई जलीय प्रणालीहरू, जैविक प्रणालीहरू, पानी-जैविक हाइब्रिड प्रणालीहरू, र सबै-ठोस-राज्य लिथियम-एयर ब्याट्रीहरूमा विभाजन गर्न सकिन्छ।ती मध्ये, पानीमा आधारित इलेक्ट्रोलाइटहरू प्रयोग गरेर लिथियम-एयर ब्याट्रीहरूको कम विशिष्ट क्षमता, लिथियम धातुको सुरक्षा गर्न कठिनाइहरू, र प्रणालीको खराब रिभर्सिबिलिटी, गैर-जलीय जैविक लिथियम-एयर ब्याट्रीहरू र सबै-ठोस-स्टेट लिथियम-एयर। ब्याट्रीहरू अहिले व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।अनुसन्धान।गैर-जलीय लिथियम-एयर ब्याट्रीहरू पहिलो पटक 1996 मा अब्राहम र Z.Jiang द्वारा प्रस्ताव गरिएको थियो। डिस्चार्ज प्रतिक्रिया समीकरण चित्र 1 मा देखाइएको छ। चार्जिंग प्रतिक्रिया विपरीत छ।इलेक्ट्रोलाइटले मुख्यतया जैविक इलेक्ट्रोलाइट वा ठोस इलेक्ट्रोलाइट प्रयोग गर्दछ, र डिस्चार्ज उत्पादन मुख्य रूपमा Li2O2 हो, उत्पादन इलेक्ट्रोलाइटमा अघुलनशील छ, र लिथियम-एयर ब्याट्रीको डिस्चार्ज क्षमतालाई असर गर्ने, हावा सकारात्मक इलेक्ट्रोडमा जम्मा गर्न सजिलो छ।
लिथियम-एयर ब्याट्रीहरूमा अति-उच्च ऊर्जा घनत्व, वातावरणीय मित्रता र कम मूल्यको फाइदाहरू छन्, तर तिनीहरूको अनुसन्धान अझै शैशवावस्थामा छ, र त्यहाँ अझै धेरै समस्याहरू छन्, जस्तै अक्सिजन घटाउने प्रतिक्रियाको उत्प्रेरक। अक्सिजन पारगम्यता र हावा इलेक्ट्रोड को हाइड्रोफोबिसिटी, र हावा इलेक्ट्रोड को निष्क्रियता आदि।
② लिथियम-सल्फर ब्याट्री
लिथियम-सल्फर ब्याट्रीहरूले मुख्यतया एलिमेन्टल सल्फर वा सल्फर-आधारित यौगिकहरू ब्याट्रीको सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीको रूपमा प्रयोग गर्दछ, र धातु लिथियम मुख्यतया नकारात्मक इलेक्ट्रोडको लागि प्रयोग गरिन्छ।डिस्चार्ज प्रक्रियाको क्रममा, नकारात्मक इलेक्ट्रोडमा अवस्थित धातु लिथियमलाई इलेक्ट्रोन गुमाउन र लिथियम आयनहरू उत्पन्न गर्न अक्सिडाइज गरिएको छ;त्यसपछि इलेक्ट्रोनहरू बाह्य सर्किट मार्फत सकारात्मक इलेक्ट्रोडमा स्थानान्तरण गरिन्छ, र उत्पन्न लिथियम आयनहरू पनि इलेक्ट्रोलाइट मार्फत सकारात्मक इलेक्ट्रोडमा स्थानान्तरण गरिन्छ सल्फरसँग प्रतिक्रिया गर्नको लागि पोलिसल्फाइड।लिथियम (LiPSs), र त्यसपछि डिस्चार्ज प्रक्रिया पूरा गर्न लिथियम सल्फाइड उत्पन्न गर्न थप प्रतिक्रिया।चार्ज गर्ने प्रक्रियाको क्रममा, LiPSs मा लिथियम आयनहरू इलेक्ट्रोलाइट मार्फत नकारात्मक इलेक्ट्रोडमा फर्किन्छन्, जबकि इलेक्ट्रोनहरू लिथियम आयनहरूसँग लिथियम धातु बनाउनको लागि बाह्य सर्किट मार्फत नकारात्मक इलेक्ट्रोडमा फर्किन्छन्, र LiPSs लाई सकारात्मक इलेक्ट्रोडमा सल्फरमा घटाइन्छ। चार्ज गर्ने प्रक्रिया।
लिथियम-सल्फर ब्याट्रीहरूको डिस्चार्ज प्रक्रिया मुख्यतया बहु-चरण, बहु-इलेक्ट्रोन, सल्फर क्याथोडमा बहु-चरण जटिल इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया हो, र चार्ज-डिस्चार्ज प्रक्रियाको क्रममा विभिन्न चेन लम्बाइ भएका LiPSs एक अर्कामा परिणत हुन्छन्।डिस्चार्ज प्रक्रियाको समयमा, सकारात्मक इलेक्ट्रोडमा हुन सक्ने प्रतिक्रिया चित्र 2 मा देखाइएको छ, र नकारात्मक इलेक्ट्रोडमा प्रतिक्रिया चित्र 3 मा देखाइएको छ।
लिथियम-सल्फर ब्याट्रीका फाइदाहरू धेरै स्पष्ट छन्, जस्तै धेरै उच्च सैद्धान्तिक क्षमता;त्यहाँ सामग्रीमा अक्सिजन छैन, र अक्सिजन विकास प्रतिक्रिया उत्पन्न हुनेछैन, त्यसैले सुरक्षा प्रदर्शन राम्रो छ;सल्फर स्रोतहरू प्रचुर मात्रामा छन् र मौलिक सल्फर सस्तो छ;यो पर्यावरण अनुकूल छ र कम विषाक्तता छ।यद्यपि, लिथियम-सल्फर ब्याट्रीहरूमा पनि केही चुनौतीपूर्ण समस्याहरू छन्, जस्तै लिथियम पोलिसल्फाइड शटल प्रभाव;मौलिक सल्फर र यसको निर्वहन उत्पादनहरूको इन्सुलेशन;ठूलो मात्रा परिवर्तन को समस्या;अस्थिर SEI र लिथियम एनोडको कारण सुरक्षा समस्याहरू;आत्म-निर्वहन घटना, आदि।
माध्यमिक ब्याट्री प्रणालीको नयाँ पुस्ताको रूपमा, लिथियम-एयर ब्याट्रीहरू र लिथियम-सल्फर ब्याट्रीहरूको धेरै उच्च सैद्धान्तिक विशिष्ट क्षमता मानहरू छन्, र अनुसन्धानकर्ताहरू र माध्यमिक ब्याट्री बजारबाट व्यापक ध्यान आकर्षित गरेको छ।हाल यी दुई ब्याट्रीहरूले अझै धेरै वैज्ञानिक र प्राविधिक समस्याहरूको सामना गरिरहेका छन्।तिनीहरू ब्याट्री विकासको प्रारम्भिक अनुसन्धान चरणमा छन्।थप सुधार गर्न आवश्यक ब्याट्री क्याथोड सामग्रीको विशिष्ट क्षमता र स्थिरताको अतिरिक्त, ब्याट्री सुरक्षा जस्ता प्रमुख समस्याहरू पनि तुरुन्तै समाधान गर्न आवश्यक छ।भविष्यमा, यी दुई नयाँ प्रकारका ब्याट्रीहरूलाई अझै फराकिलो अनुप्रयोग सम्भावनाहरू खोल्नको लागि तिनीहरूको दोषहरू हटाउन निरन्तर प्राविधिक सुधार आवश्यक छ।
पोस्ट समय: अप्रिल-०७-२०२३