Հոդված՝ հասկանալու լիթիում-օդային մարտկոցների և լիթիում-ծծմբային մարտկոցների հիմնական սկզբունքները

01 Որոնք են լիթիում-օդային և լիթիում-ծծմբային մարտկոցները:

① Li-air մարտկոց

Լիթիում-օդային մարտկոցը օգտագործում է թթվածինը որպես դրական էլեկտրոդի ռեակտիվ, իսկ մետաղական լիթիումը որպես բացասական էլեկտրոդ:Այն ունի տեսական էներգիայի բարձր խտություն (3500վտ/կգ), իսկ իրական էներգիայի խտությունը կարող է հասնել 500-1000վտ/կգ, ինչը շատ ավելի բարձր է, քան սովորական լիթիում-իոնային մարտկոցների համակարգը։Լիթիում-օդային մարտկոցները կազմված են դրական էլեկտրոդներից, էլեկտրոլիտներից և բացասական էլեկտրոդներից:Ոչ ջրային մարտկոցների համակարգերում մաքուր թթվածինը ներկայումս օգտագործվում է որպես ռեակցիայի գազ, ուստի լիթիում-օդային մարտկոցները կարելի է անվանել նաև լիթիում-թթվածնային մարտկոցներ:

1996 թվականին Աբրահամը և այլք.լաբորատորիայում հաջողությամբ հավաքեց առաջին ոչ ջրային լիթիում-օդային մարտկոցը:Հետո հետազոտողները սկսեցին ուշադրություն դարձնել ոչ ջրային լիթիում-օդային մարտկոցների ներքին էլեկտրաքիմիական ռեակցիային և մեխանիզմին.2002 թվականին Read et al.պարզել է, որ լիթիում-օդային մարտկոցների էլեկտրաքիմիական աշխատանքը կախված է էլեկտրոլիտի լուծիչից և օդի կաթոդի նյութերից.2006 թվականին Օգասավարան և այլք.օգտագործելով զանգվածային սպեկտրոմետր, առաջին անգամ ապացուցվեց, որ Li2O2-ը օքսիդացել է և լիցքավորման ժամանակ թթվածին է արտանետվել, ինչը հաստատել է Li2O2-ի էլեկտրաքիմիական շրջելիությունը։Ուստի լիթիում-օդային մարտկոցները մեծ ուշադրության են արժանացել և արագ զարգացում են ստացել:

② Լիթիում-ծծմբային մարտկոց

 Լիթիում-ծծմբային մարտկոցը երկրորդական մարտկոցային համակարգ է, որը հիմնված է բարձր տեսակարար հզորությամբ ծծմբի (1675 մԱհ/գ) և լիթիումի մետաղի (3860 մԱ/ժ/գ) հետադարձելի ռեակցիայի վրա, որի միջին լիցքաթափման լարումը կազմում է մոտ 2,15 Վ:Դրա տեսական էներգիայի խտությունը կարող է հասնել 2600 վտ/կգ:Դրա հումքն ունի ցածր գնի և շրջակա միջավայրի բարեկեցության առավելությունները, ուստի այն ունի զարգացման մեծ ներուժ:Լիթիում-ծծմբային մարտկոցների գյուտը կարելի է գտնել 1960-ական թվականներին, երբ Հերբերտը և Ուլամը դիմեցին մարտկոցների արտոնագիր ստանալու համար:Այս լիթիում-ծծմբային մարտկոցի նախատիպը օգտագործել է լիթիում կամ լիթիումի համաձուլվածք՝ որպես բացասական էլեկտրոդի նյութ, ծծումբը՝ որպես դրական էլեկտրոդի նյութ և բաղկացած է ալիֆատիկ հագեցած ամիններից:էլեկտրոլիտից:Մի քանի տարի անց լիթիում-ծծմբային մարտկոցները բարելավվեցին՝ ներմուծելով օրգանական լուծիչներ, ինչպիսիք են PC, DMSO և DMF, և ստացվեցին 2.35-2.5V մարտկոցներ։1980-ականների վերջերին ապացուցվեց, որ եթերները օգտակար են լիթիում-ծծմբային մարտկոցներում:Հետագա ուսումնասիրություններում եթերի վրա հիմնված էլեկտրոլիտների հայտնաբերումը, LiNO3-ի օգտագործումը որպես էլեկտրոլիտային հավելում և ածխածնի/ծծմբի կոմպոզիտային դրական էլեկտրոդների առաջարկը բացեցին լիթիում-ծծմբային մարտկոցների հետազոտական ​​բումը:

02 Լիթիում-օդային մարտկոցի և լիթիում-ծծմբային մարտկոցի աշխատանքի սկզբունքը

① Li-air մարտկոց

Ըստ օգտագործվող էլեկտրոլիտի տարբեր վիճակների՝ լիթիում-օդային մարտկոցները կարելի է բաժանել ջրային համակարգերի, օրգանական համակարգերի, ջրային-օրգանական հիբրիդային համակարգերի և ամբողջովին պինդ վիճակի լիթիում-օդային մարտկոցների:Դրանց թվում, ջրի վրա հիմնված էլեկտրոլիտներ օգտագործող լիթիում-օդ մարտկոցների ցածր հատուկ հզորության, լիթիում մետաղի պաշտպանության դժվարությունների և համակարգի վատ շրջելիության, ոչ ջրային օրգանական լիթիում-օդ մարտկոցների և ամբողջովին պինդ վիճակի լիթիում-օդային մարտկոցների պատճառով: ներկայումս ավելի լայնորեն օգտագործվում են մարտկոցները։Հետազոտություն.Ոչ ջրային լիթիում-օդային մարտկոցները առաջին անգամ առաջարկվել են Աբրահամի և Զ.Ջիանգի կողմից 1996 թվականին: Լիցքաթափման ռեակցիայի հավասարումը ներկայացված է Նկար 1-ում: Լիցքավորման ռեակցիան հակառակն է:Էլեկտրոլիտը հիմնականում օգտագործում է օրգանական էլեկտրոլիտ կամ պինդ էլեկտրոլիտ, իսկ լիցքաթափման արտադրանքը հիմնականում Li2O2 է, արտադրանքը անլուծելի է էլեկտրոլիտում և հեշտ է կուտակվել օդի դրական էլեկտրոդի վրա՝ ազդելով լիթիում-օդային մարտկոցի լիցքաթափման հզորության վրա:

Լիթիում-օդային մարտկոցներն ունեն էներգիայի գերբարձր խտության, շրջակա միջավայրի բարենպաստության և ցածր գնի առավելությունները, սակայն դրանց հետազոտությունը դեռ սկզբնական փուլում է, և դեռ շատ խնդիրներ կան լուծելու, ինչպիսիք են թթվածնի նվազեցման ռեակցիայի կատալիզացումը, Օդի էլեկտրոդների թթվածնի թափանցելիությունը և հիդրոֆոբությունը և օդային էլեկտրոդների ապաակտիվացումը և այլն:

② Լիթիում-ծծմբային մարտկոց

Լիթիում-ծծմբային մարտկոցները հիմնականում օգտագործում են տարրական ծծումբ կամ ծծմբի վրա հիմնված միացություններ՝ որպես մարտկոցի դրական էլեկտրոդի նյութ, իսկ մետաղական լիթիումը հիմնականում օգտագործվում է բացասական էլեկտրոդի համար։Լիցքաթափման գործընթացում մետաղական լիթիումը, որը գտնվում է բացասական էլեկտրոդի մոտ, օքսիդացվում է՝ կորցնելով էլեկտրոն և առաջացնել լիթիումի իոններ.այնուհետև էլեկտրոնները արտաքին շղթայի միջոցով փոխանցվում են դրական էլեկտրոդին, իսկ առաջացած լիթիումի իոնները նույնպես էլեկտրոլիտի միջոցով տեղափոխվում են դրական էլեկտրոդ՝ ծծմբի հետ փոխազդելու և պոլիսուլֆիդ առաջացնելու համար։Լիթիում (LiPSs), այնուհետև արձագանքում են՝ առաջացնելով լիթիումի սուլֆիդ՝ լիցքաթափման գործընթացն ավարտելու համար:Լիցքավորման գործընթացում LiPS-ներում լիթիումի իոնները էլեկտրոլիտի միջոցով վերադառնում են բացասական էլեկտրոդ, մինչդեռ էլեկտրոնները արտաքին շղթայի միջոցով վերադառնում են բացասական էլեկտրոդ՝ լիթիումի իոններով լիթիում մետաղ ձևավորելու համար, իսկ LiPS-ները դրական էլեկտրոդում վերածվում են ծծմբի՝ ավարտելու համար: լիցքավորման գործընթաց:

Լիթիում-ծծմբային մարտկոցների լիցքաթափման գործընթացը հիմնականում բազմաքայլ, բազմաէլեկտրոնային, բազմաֆազ բարդ էլեկտրաքիմիական ռեակցիա է ծծմբի կաթոդի վրա, և տարբեր շղթայի երկարությամբ շրթունքները փոխակերպվում են միմյանց լիցքաթափման գործընթացում:Լիցքաթափման գործընթացում ռեակցիան, որը կարող է տեղի ունենալ դրական էլեկտրոդում, ներկայացված է Նկար 2-ում, իսկ բացասական էլեկտրոդի ռեակցիան՝ Նկար 3-ում:

Լիթիում-ծծմբային մարտկոցների առավելությունները շատ ակնհայտ են, օրինակ՝ շատ բարձր տեսական հզորություն;նյութում թթվածին չկա, և թթվածնի էվոլյուցիայի ռեակցիան տեղի չի ունենա, ուստի անվտանգության կատարումը լավ է.ծծմբի պաշարներն առատ են, իսկ տարրական ծծումբը էժան է.այն էկոլոգիապես մաքուր է և ունի ցածր թունավորություն:Այնուամենայնիվ, լիթիում-ծծմբային մարտկոցները նույնպես ունեն որոշ դժվարին խնդիրներ, ինչպիսիք են լիթիումի պոլիսուլֆիդային մաքոքային էֆեկտը;տարրական ծծմբի և դրա արտանետման արտադրանքի մեկուսացում.մեծ ծավալի փոփոխությունների խնդիրը;անկայուն SEI և անվտանգության խնդիրները, որոնք առաջացել են լիթիումի անոդներից.ինքնահոսքի երևույթ և այլն:

Որպես երկրորդային մարտկոցների նոր սերնդի համակարգ՝ լիթիում-օդային և լիթիում-ծծմբային մարտկոցներն ունեն շատ բարձր տեսական հատուկ հզորության արժեքներ և մեծ ուշադրություն են գրավել հետազոտողների և երկրորդային մարտկոցների շուկայի կողմից:Ներկայումս այս երկու մարտկոցները դեռ բախվում են բազմաթիվ գիտատեխնիկական խնդիրների։Նրանք գտնվում են մարտկոցի մշակման վաղ հետազոտական ​​փուլում:Ի լրումն մարտկոցի կաթոդի նյութի հատուկ հզորության և կայունության, որոնք հետագա բարելավման կարիք ունեն, հիմնական խնդիրները, ինչպիսիք են մարտկոցի անվտանգությունը, նույնպես պետք է շտապ լուծվեն:Ապագայում մարտկոցների այս երկու նոր տեսակները դեռևս կարիք ունեն շարունակական տեխնիկական բարելավման՝ դրանց թերությունները վերացնելու համար՝ կիրառման ավելի լայն հեռանկարներ բացելու համար: