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锂硫电池---2

三、充放电过程:   

1.放电过程:当电池放电时,金属锂负极失去电子并转化为锂离子(Li+),这些锂离子通过电解质迁移到正极。在正极一侧,单质硫与来自负极的锂离子以及从外电路传递过来的电子发生反应,生成一系列硫化锂中间体,最终形成Li2S。这个过程中硫分子经历多步骤还原反应,先是形成硫链状聚合物(如Li2Sn,3≤n≤7),然后进一步转化为Li2S2和Li2S。   

2.充电过程:正极上的硫化锂被氧化分解,释放出锂离子回到负极,并同时释放电子进入外电路。来自正极的锂离子在负极处得到电子后重新沉积成金属锂。

四、优点:    

1. 高能量密度:锂硫电池理论上具有非常高的比能量,可达到2600 Wh/kg以上,远高于目前商业化的锂离子电池。这意味着在相同重量下,锂硫电池可以存储更多的电能。   

2. 丰富资源:硫是地壳中较为丰富的元素之一,相比钴、镍等用于锂离子电池正极材料的稀有金属,硫资源更加广泛且成本低廉。   

3. 环境友好:硫化合物相对环境友好,而且在循环过程中产生的副产物较少,有利于可持续发展和环保要求。   

4. 轻量化:由于硫正极的质量较轻,使得整个电池系统质量减轻,有助于提升电动汽车、无人机等应用领域的续航能力。   

5. 安全潜力:使用固态电解质或优化液态电解质体系可以提高锂硫电池的安全性,减少起火爆炸的风险。

五、缺点:    

1. 穿梭效应:在充放电过程中,正极生成的多硫化锂中间体可溶于电解液并迁移到负极,导致活性物质损失、容量衰减以及电解液降解,严重影响电池的循环稳定性。   

2. 导电性差:硫本身是电子绝缘体,其导电性能较差,需要与导电材料如碳复合以提高电化学反应速率。即便如此,硫/碳复合材料的导电性仍需进一步优化。   

3. 体积变化大:硫在放电过程中经历多个氧化态,伴随较大的体积膨胀(约80%),这可能导致电极结构破坏和机械稳定性下降。   

4. 安全问题:使用金属锂作为负极时,存在锂枝晶生长的风险,可能导致短路、热失控甚至爆炸。此外,由于穿梭效应带来的电解液消耗和副反应,也可能影响电池的安全性。   

5. 库仑效率低:首次充放电过程中,由于多硫化物的溶解和不可逆反应,锂硫电池的库仑效率相对较低,即实际可用的比容量低于理论值。   

6. 商业化成本和技术成熟度:虽然硫资源丰富且廉价,但目前锂硫电池的研发和生产成本仍然较高,且相关的制造工艺和技术尚待完善。

 


发布时间:2024/4/26 8:13:02 查看:99次

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