01 लिथियम-एयर बैटरी और लिथियम-सल्फर बैटरी क्या हैं?
① ली-एयर बैटरी
लिथियम-एयर बैटरी सकारात्मक इलेक्ट्रोड रिएक्टेंट के रूप में ऑक्सीजन और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में धातु लिथियम का उपयोग करती है।इसमें उच्च सैद्धांतिक ऊर्जा घनत्व (3500wh/kg) है, और इसकी वास्तविक ऊर्जा घनत्व 500-1000wh/kg तक पहुंच सकता है, जो पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरी सिस्टम से काफी अधिक है।लिथियम-एयर बैटरी सकारात्मक इलेक्ट्रोड, इलेक्ट्रोलाइट्स और नकारात्मक इलेक्ट्रोड से बनी होती हैं।गैर-जलीय बैटरी सिस्टम में, शुद्ध ऑक्सीजन वर्तमान में प्रतिक्रिया गैस के रूप में उपयोग की जाती है, इसलिए लिथियम-एयर बैटरी को लिथियम-ऑक्सीजन बैटरी भी कहा जा सकता है।
1996 में, अब्राहम एट अल।प्रयोगशाला में पहली गैर-जलीय लिथियम-एयर बैटरी को सफलतापूर्वक इकट्ठा किया।फिर शोधकर्ताओं ने गैर-जलीय लिथियम-एयर बैटरी की आंतरिक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया और तंत्र पर ध्यान देना शुरू किया;2002 में, रीड एट अल।पाया गया कि लिथियम-एयर बैटरी का इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन इलेक्ट्रोलाइट सॉल्वेंट और एयर कैथोड सामग्री पर निर्भर करता है;2006 में, ओगासवारा एट अल।मास स्पेक्ट्रोमीटर का इस्तेमाल किया, यह पहली बार साबित हुआ कि Li2O2 ऑक्सीकरण किया गया था और चार्जिंग के दौरान ऑक्सीजन जारी किया गया था, जिसने Li2O2 की विद्युत रासायनिक प्रतिवर्तीता की पुष्टि की।इसलिए, लिथियम-एयर बैटरी ने बहुत अधिक ध्यान और तेजी से विकास प्राप्त किया है।
② लिथियम-सल्फर बैटरी
लिथियम-सल्फर बैटरी उच्च विशिष्ट क्षमता वाले सल्फर (1675mAh/g) और लिथियम धातु (3860mAh/g) की प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया पर आधारित एक माध्यमिक बैटरी प्रणाली है, जिसका औसत डिस्चार्ज वोल्टेज लगभग 2.15V है।इसका सैद्धांतिक ऊर्जा घनत्व 2600wh/kg तक पहुंच सकता है।इसके कच्चे माल में कम लागत और पर्यावरण मित्रता के फायदे हैं, इसलिए इसमें विकास की काफी संभावनाएं हैं।लिथियम-सल्फर बैटरी के आविष्कार का पता 1960 के दशक में लगाया जा सकता है, जब हर्बर्ट और उलाम ने बैटरी पेटेंट के लिए आवेदन किया था।इस लिथियम-सल्फर बैटरी के प्रोटोटाइप ने नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में लिथियम या लिथियम मिश्र धातु का उपयोग किया, सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में सल्फर और एलिफैटिक संतृप्त अमाइन से बना।इलेक्ट्रोलाइट का।कुछ साल बाद, पीसी, डीएमएसओ और डीएमएफ जैसे कार्बनिक सॉल्वैंट्स को पेश करके लिथियम-सल्फर बैटरी में सुधार किया गया और 2.35-2.5 वी बैटरी प्राप्त की गईं।1980 के दशक के अंत तक, लिथियम-सल्फर बैटरी में ईथर उपयोगी साबित हुए थे।बाद के अध्ययनों में, ईथर-आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स की खोज, इलेक्ट्रोलाइट योजक के रूप में LiNO3 का उपयोग, और कार्बन/सल्फर समग्र सकारात्मक इलेक्ट्रोड के प्रस्ताव ने लिथियम-सल्फर बैटरी के अनुसंधान उछाल को खोल दिया है।
02 लिथियम-एयर बैटरी और लिथियम-सल्फर बैटरी का कार्य सिद्धांत
① ली-एयर बैटरी
उपयोग किए गए इलेक्ट्रोलाइट के विभिन्न राज्यों के अनुसार, लिथियम-एयर बैटरी को जलीय सिस्टम, ऑर्गेनिक सिस्टम, वॉटर-ऑर्गेनिक हाइब्रिड सिस्टम और ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम-एयर बैटरी में विभाजित किया जा सकता है।उनमें से, पानी आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करने वाली लिथियम-एयर बैटरी की कम विशिष्ट क्षमता के कारण, लिथियम धातु की सुरक्षा में कठिनाइयाँ, और सिस्टम की खराब प्रतिवर्तीता, गैर-जलीय कार्बनिक लिथियम-एयर बैटरी और ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम-एयर बैटरी वर्तमान में अधिक व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं।शोध करना।गैर-जलीय लिथियम-एयर बैटरी पहली बार 1996 में अब्राहम और जेड.जियांग द्वारा प्रस्तावित की गई थी। डिस्चार्ज रिएक्शन समीकरण चित्र 1 में दिखाया गया है। चार्जिंग रिएक्शन इसके विपरीत है।इलेक्ट्रोलाइट मुख्य रूप से कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट या ठोस इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करता है, और डिस्चार्ज उत्पाद मुख्य रूप से Li2O2 है, उत्पाद इलेक्ट्रोलाइट में अघुलनशील है, और लिथियम-एयर बैटरी की डिस्चार्ज क्षमता को प्रभावित करते हुए, एयर पॉजिटिव इलेक्ट्रोड पर जमा करना आसान है।
लिथियम-एयर बैटरी में अल्ट्रा-हाई एनर्जी डेंसिटी, पर्यावरण मित्रता और कम कीमत के फायदे हैं, लेकिन उनका शोध अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है, और अभी भी कई समस्याओं का समाधान किया जाना बाकी है, जैसे कि ऑक्सीजन रिडक्शन रिएक्शन का कटैलिसीस, ऑक्सीजन पारगम्यता और वायु इलेक्ट्रोड की हाइड्रोफोबिसिटी, और वायु इलेक्ट्रोड आदि की निष्क्रियता।
② लिथियम-सल्फर बैटरी
लिथियम-सल्फर बैटरी मुख्य रूप से मौलिक सल्फर या सल्फर-आधारित यौगिकों का उपयोग बैटरी की सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में करती है, और धातु लिथियम मुख्य रूप से नकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए उपयोग की जाती है।निर्वहन प्रक्रिया के दौरान, नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर स्थित धातु लिथियम इलेक्ट्रॉन खोने और लिथियम आयन उत्पन्न करने के लिए ऑक्सीकरण होता है;तब इलेक्ट्रॉनों को बाहरी सर्किट के माध्यम से सकारात्मक इलेक्ट्रोड में स्थानांतरित किया जाता है, और उत्पन्न लिथियम आयनों को पॉलीसल्फाइड बनाने के लिए सल्फर के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से सकारात्मक इलेक्ट्रोड में स्थानांतरित किया जाता है।लिथियम (लीपीएस), और फिर निर्वहन प्रक्रिया को पूरा करने के लिए लिथियम सल्फाइड उत्पन्न करने के लिए आगे प्रतिक्रिया करें।चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, लीपीएस में लिथियम आयन इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर लौटते हैं, जबकि इलेक्ट्रॉन लिथियम आयनों के साथ लिथियम धातु बनाने के लिए बाहरी सर्किट के माध्यम से नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर लौटते हैं, और लीपीएस को पूरा करने के लिए सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर सल्फर को कम किया जाता है। चार्जिंग प्रक्रिया।
लिथियम-सल्फर बैटरी की डिस्चार्ज प्रक्रिया मुख्य रूप से सल्फर कैथोड पर एक बहु-चरण, बहु-इलेक्ट्रॉन, बहु-चरण जटिल विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया है, और चार्ज-डिस्चार्ज प्रक्रिया के दौरान विभिन्न श्रृंखला लंबाई वाले LiPS एक दूसरे में परिवर्तित हो जाते हैं।निर्वहन प्रक्रिया के दौरान, सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर होने वाली प्रतिक्रिया चित्र 2 में दिखाई जाती है, और नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर प्रतिक्रिया चित्र 3 में दिखाई जाती है।
लिथियम-सल्फर बैटरी के फायदे बहुत स्पष्ट हैं, जैसे बहुत अधिक सैद्धांतिक क्षमता;सामग्री में ऑक्सीजन नहीं है, और ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया नहीं होगी, इसलिए सुरक्षा प्रदर्शन अच्छा है;सल्फर संसाधन प्रचुर मात्रा में हैं और मौलिक सल्फर सस्ता है;यह पर्यावरण के अनुकूल है और इसमें कम विषाक्तता है।हालाँकि, लिथियम-सल्फर बैटरी में कुछ चुनौतीपूर्ण समस्याएँ भी होती हैं, जैसे कि लिथियम पॉलीसल्फ़ाइड शटल प्रभाव;मौलिक सल्फर और उसके निर्वहन उत्पादों का इन्सुलेशन;बड़ी मात्रा में परिवर्तन की समस्या;लिथियम एनोड्स के कारण अस्थिर एसईआई और सुरक्षा समस्याएं;स्व-निर्वहन घटना, आदि।
द्वितीयक बैटरी प्रणाली की एक नई पीढ़ी के रूप में, लिथियम-एयर बैटरी और लिथियम-सल्फर बैटरी में बहुत उच्च सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमता मूल्य हैं, और शोधकर्ताओं और द्वितीयक बैटरी बाजार से व्यापक ध्यान आकर्षित किया है।वर्तमान में, ये दोनों बैटरी अभी भी कई वैज्ञानिक और तकनीकी समस्याओं का सामना कर रही हैं।वे बैटरी विकास के प्रारंभिक शोध चरण में हैं।बैटरी कैथोड सामग्री की विशिष्ट क्षमता और स्थिरता के अलावा और सुधार की आवश्यकता है, बैटरी सुरक्षा जैसे प्रमुख मुद्दों को भी तत्काल हल करने की आवश्यकता है।भविष्य में, इन दो नई प्रकार की बैटरियों को अभी भी व्यापक अनुप्रयोग संभावनाओं को खोलने के लिए अपने दोषों को समाप्त करने के लिए निरंतर तकनीकी सुधार की आवश्यकता है।
पोस्ट करने का समय: अप्रैल-07-2023