بطارية الليثيوم-كبريت

بطارية الليثيوم-كبريت
Lithium–sulfur battery
Enhanced-Lithium–sulfur-battery.jpg
بطارية الليثيوم-كبريت المحسـَّنة
الطاقة المحددة350 W·h/kg demonstrated [1] 500–600 W·h/kg achievable [2]
كثافة الطاقة350 W·h/l
كفاءة الشحن/التفريغC/5 nominal; up to 2C
تحمل الدورةdisputed
جهد الخلية الإسميcell voltage varies nonlinearly in the range 2.5–1.7 during discharge; batteries often packaged for 3V

بطارية ليثيوم الكبريت (بطارية ليثيوم- S) هى بطارية القابلة لإعادة الشحن البطارية.، التى لوحظت أنها ذات نسبة عالية من كثافة الطاقة [3] بحكم منخفضة الوزن الذري من ليثيوم، والوزن المعتدل من كبريت ، بطاريات ليثيوم-S هي خفيفة نسبيا، عن كثافة الماء. وقد برهنت على الصمود لأطول وأعلى ارتفاع في رحلة طائرة تعمل بالطاقة الشمسية في شهر أغسطس، 2008.[4] بطاريات ليثيوم الكبريت قد نجحت نظرا لأن الخلايا من ليثيوم أيون تتميز بإرتفاع كثافة الطاقة، مع خفض ا لتكلفة من جراء استخدام الكبريت.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الكيمياء

العمليات الكيميائية في الخلية لىثيوم-كبريت تشمل حل الليثيوم من سطح الأنود (وإدماجها في مادة الكبريتيد المتعدد ) أى البولى سلفايد أثناء التفريغ، والليثيوم وتعاكس الطلاء الكهربائى إلى القطب الموجب أثناء الشحن.[5] هذا يميزها عن الخلايا مع بطارية ليثيوم أيون التقليدية، حيث أيونات الليثيوم هي مقحم في القطب الموجب والقطب السالب. ونتيجة لذلك لي-S يسمح لأعلى من ذلك بكثير كثافة تخزين الليثيوم. Polysulfides هي انخفاض على سطح الكاثود في تسلسل في حين أن الخلية يتم التفريغ:

كبريت8 → ليثيوم2S8 → ليثيوم2كبريت6 → ليثيوم2S4 → ليثيوم2S3

عبر نشرها في فاصل يسهل اختراقها، والكبريت البوليمرات شكل في الكاثود كما التهم الخلية:

Li2S → Li2S2 → Li2S3 → Li2S4 → Li2S6 → Li2S8 → S8

هذه التفاعلات هي مشابهة لتلك الموجودة في بطارية الكبريت الصوديوم.

معظم استخدام الكربون / للكاثود والليثيوم للآنود .[6] الكبريت هو رخيص جدا، لكنه يفتقر إلى الموصلية الكعربائية. الكبريت وحده 5*10−30 S cm−1 at 25°C.[7][مطلوب توضيح] طلاء الكربون يوفر electroconductivity في عداد المفقودين. ألياف النانو الكربونية إتاحة التوصيل الإلكترون فعالة المسار والسلامة الهيكلية، في الحرمان من ارتفاع تكلفة.[8]

كل ذرة الكبريت قادرة على استضافة اثنين من أيونات الليثيوم. عادة، بطاريات ليثيوم أيون الليثيوم استيعاب أيونات 0.5-0.7 فقط لكل ذرة المضيف.[9]


التفكك

واحد من أوجه القصور الرئيسية لمعظم خلايا الليثيوم-الكبريت هو ردود فعل غير مرغوب فيها مع الإليكتروليتات. بينما الكبريت و Li 2S غير قابلة للذوبان نسبيا في معظم الشوارد، وكثير polysulfides الوسيطة ليست كذلك. ذوبان LiS n يسبب فقدان لا رجعة فيه من الشوارد إلى الكبريت النشط.[10]

السلامة

بسبب الكثافة العالية للطاقة الكامنة والإستجابة غير الخطية من تفريغ وشحن الخلية، وهو ميكروكنترولر يتم استخدام غيرها من الدوائر سلامة أحيانا جنبا إلى جنب مع الجهد المنظم على إدارة عملية الخلية و . منع التفريغ السريع [11]

الأبحاث

  • أنتجت جامعة واترلو بطاريات Li–S بنحو 84% من كثافة الطاقة القصوى النظرية لليثيوم-كبريت. هذه الخلايا تظهر الحد الأدنى من التدهور خلال دورات الشحن، ويحتمل أن تقدم أربعة أضعاف طاقة معينة من خلايا الليثيوم أيون. الخلايا توظف الكربون mesoporous الكاثود، والكامل للحفر عميقة. الكبريت والكربون تم خرطهم وتسخينهم معاً، مما خفض الشد السطحي وسمح للكبريت أن يتخلل في الثقوب، التي كان فراغها يسمح بالكاد بالتمدد. تبخيرها التدفئة الكبريت المتبقي من السطح. لمزيد من polysulfides فخ في القطب السالب، وfunctionalized السطح والمغلفة مع البولي ايثيلين جلايكول لصد الكارهة للماء polysulfides والاحتفاظ بها المحاصرين في الحفر. في "سيناريو أسوأ" اختبار باستخدام glyme. المعروف مذيب لتذويب polysulfides، فقدت الكاثود التقليدية الكبريت 96٪ من الكبريت فيه أكثر من 30 دورات، في حين خسر الكاثود التجريبية 25٪ فقط [12]

الهامش

  1. ^ Sion Power 2007. "Power QinetiQ New Release Final Version.pdf". Retrieved 2010-03-24. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  2. ^ Kolosnitsyn, V.S. (2008). "Lithium-sulfur batteries: Problems and solutions". Russian Journal of Electrochemistry. Maik Nauka/Interperiodica/Springer. 44: 506–509. doi:10.1134/s1023193508050029. {{cite journal}}: |access-date= requires |url= (help); Unknown parameter |coauthor= ignored (|author= suggested) (help)
  3. ^ Moore, Wm. (11 December 2004) "Sion Introduces a Lithium Sulfur Rechargeable Battery" EV World
  4. ^ Amos, J. (24 August 2008) "Solar plane makes record flight" BBC News
  5. ^ Tudron, F.B., Akridge, J.R., and Puglisi, V.J. (2004) "Lithium-Sulfur Rechargeable Batteries: Characteristics, State of Development, and Applicability to Powering Portable Electronics" (Tucson, AZ: Sion Power)
  6. ^ Choi, Y.J. (2008). "Improvement of cycle property of sulfur electrode for lithium/sulfur battery". Journal of Alloys and Compounds. Elsevier Science Sa. 449: 313–316. doi:10.1016/j.jallcom.2006.02.098. {{cite journal}}: Unknown parameter |coauthor= ignored (|author= suggested) (help)
  7. ^ Lange's Handbook of Chemistry (third ed.), New York: McGraw-Hill rk |year=1985 |page=3-5 |editor=J.A. Dean
  8. ^ Choi, Y.J.; Ahn, J.H. (November 16–20), Effects of carbon coating on the electrochemical properties of sulfur cathode for lithium/sulfur cell, Elsevier Science Bv, pp. 548–552, doi:10.1016/j.jpowsour.2008.02.053 
  9. ^ Bullis, Kevin (May 22, 2009). "Revisiting Lithium-Sulfur Batteries". Technology Review. Retrieved January 2010. {{cite journal}}: Check date values in: |accessdate= (help)
  10. ^ Jeong, S.S. (June 18–23). "Electrochemical properties of lithium sulfur cells using PEO polymer electrolytes prepared under three different mixing conditions". Journal of Power Sources. Elsevier Science Bv. 174: 745–750. doi:10.1016/j.jpowsour.2007.06.108. {{cite journal}}: Check date values in: |date= and |year= / |date= mismatch (help); Unknown parameter |coauthor= ignored (|author= suggested) (help); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
  11. ^ Akridge, J.R. (October 2001) "Lithium Sulfur Rechargeable Battery Safety" Battery Power Products & Technology
  12. ^ Xiulei جي، كيو تاي لي، وليندا F. نزار. (17 May 2009) "A highly ordered nanostructured carbon-sulphur cathode for lithium-sulphur batteries." Nature Materials

وصلات خارجية

تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=بطارية_الليثيوم-كبريت&oldid=1965045"