லித்தியம்-ஏர் பேட்டரிகள் மற்றும் லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரிகளின் அடிப்படைக் கொள்கைகளைப் புரிந்துகொள்ள ஒரு கட்டுரை

01 லித்தியம்-காற்று பேட்டரிகள் மற்றும் லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரிகள் என்றால் என்ன?

① லை-ஏர் பேட்டரி

லித்தியம்-காற்று மின்கலமானது ஆக்ஸிஜனை நேர்மறை மின்முனை எதிர்வினையாகவும், உலோக லித்தியத்தை எதிர்மறை மின்முனையாகவும் பயன்படுத்துகிறது.இது உயர் கோட்பாட்டு ஆற்றல் அடர்த்தி (3500wh/kg) உள்ளது, மேலும் அதன் உண்மையான ஆற்றல் அடர்த்தி 500-1000wh/kg ஐ அடையலாம், இது வழக்கமான லித்தியம்-அயன் பேட்டரி அமைப்பை விட அதிகமாகும்.லித்தியம்-காற்று பேட்டரிகள் நேர்மறை மின்முனைகள், எலக்ட்ரோலைட்டுகள் மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளால் ஆனவை.நீர் அல்லாத பேட்டரி அமைப்புகளில், தூய ஆக்ஸிஜன் தற்போது எதிர்வினை வாயுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, எனவே லித்தியம்-காற்று பேட்டரிகளை லித்தியம்-ஆக்ஸிஜன் பேட்டரிகள் என்றும் அழைக்கலாம்.

1996 இல், ஆபிரகாம் மற்றும் பலர்.ஆய்வகத்தில் முதல் அக்வஸ் அல்லாத லித்தியம்-காற்று பேட்டரியை வெற்றிகரமாகச் சேகரித்தது.பின்னர் ஆராய்ச்சியாளர்கள் உள் மின் வேதியியல் எதிர்வினை மற்றும் நீர் அல்லாத லித்தியம்-காற்று பேட்டரிகளின் பொறிமுறையில் கவனம் செலுத்தத் தொடங்கினர்;2002 இல், ரீட் மற்றும் பலர்.லித்தியம்-காற்று பேட்டரிகளின் மின்வேதியியல் செயல்திறன் எலக்ட்ரோலைட் கரைப்பான் மற்றும் காற்று கேத்தோடு பொருட்களைச் சார்ந்தது என்பதைக் கண்டறிந்தது;2006 இல், ஒகசவரா மற்றும் பலர்.மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டர் பயன்படுத்தப்பட்டது, இது Li2O2 ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யப்பட்டது மற்றும் சார்ஜ் செய்யும் போது ஆக்ஸிஜன் வெளியிடப்பட்டது என்பது முதல் முறையாக நிரூபிக்கப்பட்டது, இது Li2O2 இன் மின்வேதியியல் மீள்தன்மையை உறுதிப்படுத்தியது.எனவே, லித்தியம்-ஏர் பேட்டரிகள் அதிக கவனத்தையும் விரைவான வளர்ச்சியையும் பெற்றுள்ளன.

② லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரி

 லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரி என்பது உயர் குறிப்பிட்ட திறன் கொண்ட கந்தகம் (1675mAh/g) மற்றும் லித்தியம் உலோகம் (3860mAh/g) ஆகியவற்றின் மீளக்கூடிய எதிர்வினையின் அடிப்படையில் ஒரு இரண்டாம் நிலை பேட்டரி அமைப்பாகும், இது சராசரியாக 2.15V வெளியேற்ற மின்னழுத்தம் கொண்டது.அதன் தத்துவார்த்த ஆற்றல் அடர்த்தி 2600wh/kg ஐ அடையலாம்.அதன் மூலப்பொருட்கள் குறைந்த விலை மற்றும் சுற்றுச்சூழல் நட்பு ஆகியவற்றின் நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளன, எனவே இது சிறந்த வளர்ச்சி திறனைக் கொண்டுள்ளது.லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரிகளின் கண்டுபிடிப்பு 1960 களில் ஹெர்பர்ட் மற்றும் உலம் பேட்டரி காப்புரிமைக்கு விண்ணப்பித்தபோது கண்டுபிடிக்கப்பட்டது.இந்த லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரியின் முன்மாதிரி லித்தியம் அல்லது லித்தியம் கலவையை எதிர்மறை மின்முனை பொருளாகவும், கந்தகத்தை நேர்மறை மின்முனை பொருளாகவும் மற்றும் அலிபாடிக் நிறைவுற்ற அமின்களால் ஆனது.எலக்ட்ரோலைட்.சில ஆண்டுகளுக்குப் பிறகு, PC, DMSO மற்றும் DMF போன்ற கரிம கரைப்பான்களை அறிமுகப்படுத்துவதன் மூலம் லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரிகள் மேம்படுத்தப்பட்டன, மேலும் 2.35-2.5V பேட்டரிகள் பெறப்பட்டன.1980களின் பிற்பகுதியில், ஈதர்கள் லித்தியம்-சல்பர் மின்கலங்களில் பயனுள்ளதாக இருப்பதாக நிரூபிக்கப்பட்டது.அடுத்தடுத்த ஆய்வுகளில், ஈதர் அடிப்படையிலான எலக்ட்ரோலைட்டுகளின் கண்டுபிடிப்பு, எலக்ட்ரோலைட் சேர்க்கையாக LiNO3 ஐப் பயன்படுத்துதல் மற்றும் கார்பன்/சல்பர் கலப்பு நேர்மறை மின்முனைகளின் முன்மொழிவு ஆகியவை லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரிகளின் ஆராய்ச்சி ஏற்றத்தைத் திறந்துவிட்டன.

02 லித்தியம்-காற்று பேட்டரி மற்றும் லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரி ஆகியவற்றின் செயல்பாட்டுக் கொள்கை

① லை-ஏர் பேட்டரி

பயன்படுத்தப்படும் எலக்ட்ரோலைட்டின் வெவ்வேறு நிலைகளின்படி, லித்தியம்-காற்று பேட்டரிகளை நீர்நிலை அமைப்புகள், கரிம அமைப்புகள், நீர்-கரிம கலப்பின அமைப்புகள் மற்றும் அனைத்து-திட-நிலை லித்தியம்-காற்று பேட்டரிகள் என பிரிக்கலாம்.அவற்றில், நீர் சார்ந்த எலக்ட்ரோலைட்களைப் பயன்படுத்தும் லித்தியம்-காற்று பேட்டரிகளின் குறைந்த குறிப்பிட்ட திறன், லித்தியம் உலோகத்தைப் பாதுகாப்பதில் உள்ள சிரமங்கள் மற்றும் அமைப்பின் மோசமான மீள்தன்மை, நீர் அல்லாத கரிம லித்தியம்-காற்று பேட்டரிகள் மற்றும் அனைத்து திட-நிலை லித்தியம்-காற்று தற்போது பேட்டரிகள் அதிகம் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.ஆராய்ச்சி.நீர் அல்லாத லித்தியம்-காற்று பேட்டரிகள் முதலில் 1996 இல் ஆபிரகாம் மற்றும் Z. ஜியாங் ஆகியோரால் முன்மொழியப்பட்டது. வெளியேற்ற எதிர்வினை சமன்பாடு படம் 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. சார்ஜிங் எதிர்வினை எதிர்மாறாக உள்ளது.எலக்ட்ரோலைட் முக்கியமாக ஆர்கானிக் எலக்ட்ரோலைட் அல்லது திட எலக்ட்ரோலைட்டைப் பயன்படுத்துகிறது, மேலும் டிஸ்சார்ஜ் தயாரிப்பு முக்கியமாக Li2O2 ஆகும், தயாரிப்பு எலக்ட்ரோலைட்டில் கரையாதது, மேலும் காற்று நேர்மறை மின்முனையில் எளிதில் குவிந்து, லித்தியம்-காற்று பேட்டரியின் வெளியேற்ற திறனை பாதிக்கிறது.

லித்தியம்-காற்று பேட்டரிகள் அதி-உயர் ஆற்றல் அடர்த்தி, சுற்றுச்சூழல் நட்பு மற்றும் குறைந்த விலை ஆகியவற்றின் நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் அவற்றின் ஆராய்ச்சி இன்னும் ஆரம்ப நிலையில் உள்ளது, மேலும் ஆக்ஸிஜனைக் குறைக்கும் எதிர்வினையின் வினையூக்கம் போன்ற பல சிக்கல்கள் இன்னும் தீர்க்கப்பட உள்ளன. காற்று மின்முனைகளின் ஆக்ஸிஜன் ஊடுருவல் மற்றும் ஹைட்ரோபோபசிட்டி, மற்றும் காற்று மின்முனைகளின் செயலிழப்பு போன்றவை.

② லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரி

லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரிகள் முக்கியமாக தனிம கந்தகம் அல்லது கந்தக அடிப்படையிலான கலவைகளை பேட்டரியின் நேர்மறை மின்முனைப் பொருளாகப் பயன்படுத்துகின்றன, மேலும் உலோக லித்தியம் எதிர்மறை மின்முனைக்கு முக்கியமாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.வெளியேற்ற செயல்முறையின் போது, ​​எதிர்மறை மின்முனையில் அமைந்துள்ள உலோக லித்தியம் ஒரு எலக்ட்ரானை இழந்து லித்தியம் அயனிகளை உருவாக்க ஆக்ஸிஜனேற்றப்படுகிறது;பின்னர் எலக்ட்ரான்கள் வெளிப்புற சுற்று வழியாக நேர்மறை மின்முனைக்கு மாற்றப்படுகின்றன, மேலும் உருவாக்கப்பட்ட லித்தியம் அயனிகள் எலக்ட்ரோலைட் மூலம் நேர்மறை மின்முனைக்கு மாற்றப்பட்டு பாலிசல்பைடு உருவாக கந்தகத்துடன் வினைபுரிகிறது.லித்தியம் (LiPSs), பின்னர் வெளியேற்ற செயல்முறையை முடிக்க லித்தியம் சல்பைடை உருவாக்க மேலும் வினைபுரிகிறது.சார்ஜிங் செயல்பாட்டின் போது, ​​LiPS களில் உள்ள லித்தியம் அயனிகள் எலக்ட்ரோலைட் மூலம் எதிர்மறை மின்முனைக்குத் திரும்புகின்றன, அதே நேரத்தில் எலக்ட்ரான்கள் லித்தியம் அயனிகளுடன் லித்தியம் உலோகத்தை உருவாக்க வெளிப்புற சுற்று வழியாக எதிர்மறை மின்முனைக்குத் திரும்புகின்றன, மேலும் LiPS கள் நேர்மறை மின்முனையில் கந்தகமாக குறைக்கப்படுகின்றன. சார்ஜ் செயல்முறை.

லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரிகளின் வெளியேற்ற செயல்முறை முக்கியமாக சல்பர் கேத்தோடில் பல-படி, பல-எலக்ட்ரான், பல-கட்ட சிக்கலான மின்வேதியியல் எதிர்வினை ஆகும், மேலும் வெவ்வேறு சங்கிலி நீளங்களைக் கொண்ட LiPSகள் சார்ஜ்-டிஸ்சார்ஜ் செயல்பாட்டின் போது ஒருவருக்கொருவர் மாற்றப்படுகின்றன.வெளியேற்ற செயல்முறையின் போது, ​​நேர்மறை மின்முனையில் ஏற்படக்கூடிய எதிர்வினை படம் 2 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது, மேலும் எதிர்மறை மின்முனையில் உள்ள எதிர்வினை படம் 3 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

லித்தியம்-சல்பர் மின்கலங்களின் நன்மைகள் மிக உயர்ந்த கோட்பாட்டு திறன் போன்றவை மிகவும் வெளிப்படையானவை;பொருளில் ஆக்ஸிஜன் இல்லை, மேலும் ஆக்ஸிஜன் பரிணாம எதிர்வினை ஏற்படாது, எனவே பாதுகாப்பு செயல்திறன் நன்றாக உள்ளது;கந்தக வளங்கள் ஏராளமாக உள்ளன மற்றும் தனிம கந்தகம் மலிவானது;இது சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்தது மற்றும் குறைந்த நச்சுத்தன்மை கொண்டது.இருப்பினும், லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரிகள் லித்தியம் பாலிசல்பைட் ஷட்டில் விளைவு போன்ற சில சவாலான பிரச்சனைகளையும் கொண்டுள்ளன;தனிம கந்தகத்தின் காப்பு மற்றும் அதன் வெளியேற்ற தயாரிப்புகள்;பெரிய அளவு மாற்றங்களின் சிக்கல்;லித்தியம் அனோட்களால் ஏற்படும் நிலையற்ற SEI மற்றும் பாதுகாப்பு சிக்கல்கள்;சுய-வெளியேற்ற நிகழ்வு, முதலியன.

ஒரு புதிய தலைமுறை இரண்டாம் நிலை பேட்டரி அமைப்பாக, லித்தியம்-காற்று பேட்டரிகள் மற்றும் லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரிகள் மிக உயர்ந்த தத்துவார்த்த குறிப்பிட்ட திறன் மதிப்புகளைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் ஆராய்ச்சியாளர்கள் மற்றும் இரண்டாம் நிலை பேட்டரி சந்தையின் விரிவான கவனத்தை ஈர்த்துள்ளன.தற்போது, ​​இந்த இரண்டு பேட்டரிகளும் இன்னும் பல அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்ப சிக்கல்களை சந்தித்து வருகின்றன.அவை பேட்டரி உருவாக்கத்தின் ஆரம்ப ஆராய்ச்சி நிலையில் உள்ளன.பேட்டரி கத்தோட் பொருளின் குறிப்பிட்ட திறன் மற்றும் நிலைத்தன்மைக்கு கூடுதலாக மேம்படுத்தப்பட வேண்டும், பேட்டரி பாதுகாப்பு போன்ற முக்கிய சிக்கல்களும் அவசரமாக தீர்க்கப்பட வேண்டும்.எதிர்காலத்தில், இந்த இரண்டு புதிய வகை பேட்டரிகள் இன்னும் பரந்த பயன்பாட்டு வாய்ப்புகளைத் திறக்கும் பொருட்டு அவற்றின் குறைபாடுகளை நீக்குவதற்கு தொடர்ச்சியான தொழில்நுட்ப முன்னேற்றம் தேவைப்படுகிறது.