リチウム硫黄電池の動作原理と既存の問題

リチウム硫黄電池はリチウム電池の一種です。硫黄を電池の正極とし、金属リチウムの一種を電池の負極として使用します。硫黄元素は地球に豊富に存在し、低価格で環境にやさしいという特徴があります。

リチウム硫黄電池の紹介

リチウム硫黄電池はリチウム電池の一種で、電池の正極に硫黄元素を、負極にリチウム金属を使用しています。元素硫黄は地球に豊富に存在し、低価格で環境にやさしいという特徴があります。硫黄を正極材料として使用するリチウム硫黄電池は、理論比容量と電池理論エネルギーが高く、それぞれ1675mah / gと2600wh / kgに達し、市販のコバルト酸リチウム電池の容量（<150mah /）よりもはるかに高くなっています。 g）。また、硫黄は環境にやさしい元素であり、環境への汚染がなく、非常に有望なリチウム電池です。

リチウムの陰極である陽極反応物質として硫黄を含むリチウム硫黄電池。リチウム電子のリチウムイオンへの陰極反応、硫黄とリチウムイオンの正の反応、および電子が硫化物を生成したときの放電、電位差によって提供される正と負の応答は、リチウム硫黄電池の放電電圧です。印加電圧の作用下で、リチウム硫黄電池の正極と負極が逆に反応します。これが充電プロセスです。 S2に完全に含まれる元素硫黄の単位質量によると、電気を供給することができます硫黄は、放電比容量の品質の理論は1675mah / gであると結論付けることができ、同じことは、元素リチウムの放電比容量の理論品質は3860mah /であると結論付けることができます。 g。リチウム硫黄電池の理論では、硫黄とリチウムが反応して硫化リチウム（Li2S）が完全に生成されると、2.287Vの電圧が放電されます。リチウム硫黄電池の対応する理論は、2600wh / kgのエネルギーよりも品質を放電します。

以下では、リチウム電池の充電と放電のパフォーマンスの一部を見ていきます。

放電曲線の点から、リチウム硫黄電池は2つの放電プラットフォーム、プラットフォーム高電圧2.4 V、2.1 V低電圧プラットフォームですが、容量は非常に高く、+ 1000mah / gに簡単です。中間生成物、Li2S8、Li2S6、Li2S4のプロセスには多くのことがあります。これらの中間生成物はしばしば邪魔にならず、硫黄陽性への存在はシャトル効果、溶解性などの多くの問題を引き起こし、最終生成物は電気絶縁体です、これは反応速度の速度を低下させ、バッテリーの速度性能を低下させ、硫黄の密度は製品Li2Sよりも大きくなります。つまり、Li2SはSよりもふわふわに積み重なるため、体積の拡大は避けられません。避けられない問題。

ここで、リチウム硫黄電池で発生する問題を理解できるはずです。現在の研究は基本的にこれらの問題に焦点を合わせており、高いエネルギー密度を達成し、正のSの含有量を改善し、サイクルの安定性と安全性を高めています。

リチウム硫黄電池の問題

リチウム電池の主な問題：リチウム硫黄化合物は電解液に溶解します。非導電性材料としての硫黄、導電性は非常に悪く、バッテリーの高い性能比には悪い。充電・放電の過程で硫黄が発生し、ナローの体積膨張が非常に大きく、バッテリーに損傷を与える可能性があります。

まず、元素硫黄、室温での硫黄材料、非常に低い（5.0 x 10〜30s。cm-1）の電気伝導率、Li2S2およびLi2Sの生成物の電気伝導率とイオン伝導率が低いことは、電気絶縁体でもあります。バッテリーの高速性能を助長しません。

第二に、リチウム硫黄電池の中間放電生成物は有機電解質に溶解し、電解質の粘度を増加させ、イオン伝導度を低下させます。多硫化物イオンは、正極と負極の間を移動する可能性があり、その結果、活物質が失われ、電気エネルギーが浪費されます（シャトル効果）。溶解したポリサルファイドはセパレーターを横切って負極に拡散し、負極と反応して負極の固体電解質界面膜（SEI膜）を破壊します。

第三に、リチウム硫黄電池は、生成物Li2Sn（n = 1〜2）の電子絶縁を放電し、導電性フレームの表面に堆積した電解液に溶解しません。導電性フレームからの硫化リチウムの一部は、硫黄または高次のポリ硫化物への可逆反応の帯電プロセスではなく、容量の大幅な減衰を引き起こしました。

第四に、リチウム硫黄と硫化物の密度は2.07と1.66 g・cm-3でした。充電と放電の過程で、体積膨張/収縮の最大79％であり、この膨張は形態の正の変化につながります。構造、硫黄と導電性フレームに起因し、減衰の容量をもたらします。ボタン電池の下での体積効果は重要ではありませんでしたが、大きな体積効果では電池内で増幅され、容量が大幅に減衰し、電池の損傷を引き起こす可能性があり、電極構造の大きな体積変化が破壊されます。

第五に、リチウム硫黄電池は負極として金属リチウムを使用しています。金属リチウム自体の高い活性に加えて、金属リチウム負極は充電および放電中に体積変化を受け、デンドライトが容易に形成されます。

第六に、リチウム硫黄電池の実験室規模の研究が行われている。単位面積あたりの硫黄負荷は一般的に3.0mg・cm-2未満です。高負荷極性分光計の研究は、高性能リチウム硫黄電池を得るために非常に価値があります。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。