リチウム硫黄電池とは何ですか？

リチウムイオンバッテリー（LiCo02）は単一電子デインターカレーションですが、リチウム硫黄バッテリーは8電子レドックスであるため、リチウム硫黄バッテリーは、リチウムイオンバッテリーの容量の7〜8倍であるという理論があります。ポリマーリチウム電池は3C製品で広く使用されていますが、エネルギー密度、つまり電池寿命が限られているため、頻繁に充電する必要があり、面倒です。最も直感的なのは、スマートフォンを交換した後、誰もが毎日充電していて、充電の宝物も状態を残していないということです。今日の社会では、より長いバッテリー寿命とより速い充電速度のニーズを満たすために、低コスト、無公害、安定した性能、大きな比容量、および高エネルギー密度を備えた新しいタイプのリチウムイオンバッテリーが必要です。

リチウム硫黄電池の開発履歴：リチウムイオン電池には30年以上の歴史があり、リチウム硫黄電池はより若いです。 1962年に、HerbetとUlamは最初に、カソード材料としての硫黄と電解質としてのアルカリ性過塩素酸塩の使用を提案しました。

初期のリチウム硫黄システムは一次電池として研究され、しばらくの間商用化さえされていましたが、後に充電式電池に置き換えられて保留されました。 2009年、Linda F. NazarはNature Materialsにリチウム硫黄二次充電式バッテリーを提案し、CMK-3を使用して1320mAh / gの高い比容量を達成しました。それ以来、リチウム硫黄電池は真に開発の章を開きました。

リチウム硫黄電池の原理：リチウム硫黄電池の正極は硫黄または硫黄含有物質であり、負極はリチウムです。平均電圧は2.1Vです。理論的には、リチウム硫黄システム（Li-S）の比容量は1672mAh / g、エネルギー密度は2600Wh / kgです。これは、LiCo02を正極として使用する従来の商用リチウムイオンバッテリー（理論比容量273.8mAh / g、エネルギー密度360Wh / kg）の約7倍です。通常のリチウムイオン電池と比較して、リチウム硫黄電池の放電の性質は、単純なリチウムイオンのデインターカレーションではなく、多数の中間製品を伴うレドックスプロセスです。リチウム硫黄放電バッテリーの放電プロセス中に、元素硫黄は、環状S8の開環からLiと反応し、長鎖Li2S8から短鎖Li2Sへの変換は、2つの明らかな放電プラットフォーム、高電位放電を伴いますプラットフォームは2.45V-2.1Vであり、このプロセスは大量のS8からS42-への変換と見なすことができ、低電位放電は2.1V-1.7Vであり、このプロセスは大量のS42-からS22-およびS2 -。一方、変換の程度が異なれば、静電容量も異なります。

放電反応式は次のとおりです。

正極：S8 {{1}}16Li+e-→8Li2S

負極：Li→Li++e-

総反応：2Li + nS→Li2Sn→Li2S

通常のリチウムイオンバッテリーは単一電子デインターカレーションであり、リチウム硫黄バッテリーは8電子レドックスであるため、理論容量とエネルギー密度の7〜8倍です。従来のリチウムイオン電池と同様に、リチウム硫黄電池は、正極、負極、セパレーター、電解質、セパレーターで構成されています。したがって、リチウム硫黄電池は、従来のリチウムイオン電池に代わる最も有望な代替品であると考えられており、新世代のエネルギー貯蔵機器の新しいエネルギー源になります。

硫黄カソード材料は、リチウム硫黄電池の開発とアプリケーションを制限する重要な要素であるため、硫黄カソードに焦点を当てています。現在、リチウム硫黄システムの硫黄カソードにも解決すべきいくつかの問題があります。シャトル効果、導電率の低下、体積膨張です。

1.ポリスルフィドは放電プロセス中に溶解し（Li2Sx、3 ＜x ＜8）、複雑な不均化反応とGG quot;シャトル効果GG quot;を引き起こし、大量の自己放電を引き起こし、クーロン効率とサイクルを低下させます。パフォーマンス、および不可逆的な容量低下の原因。

2.元素硫黄および放電生成物である硫化リチウムの導電率は低く、Sの導電率（5×10-30S / cm、25℃）、Li2S / Li2S2の導電率（〜10-30S / cm）は、硫黄の利用率は約50〜70％です。

3.斜方晶α-S（ρ1= 2.03g / cm3）から逆蛍石構造（ρ2= 1.66g / cm3）のLi2Sへの変換は、体積膨張が大きく、電極構造を破壊し、サイクル安定性に影響します。