stringtranslate.com

Литий-серная батарея

Литий -серная батарея (Li–S - батарея) — это тип перезаряжаемой батареи . Она отличается высокой удельной энергией . [2] Низкий атомный вес лития и умеренный атомный вес серы означают, что Li–S-батареи относительно легкие (плотностью примерно с воду). Они использовались в самом продолжительном и самом высоком полете беспилотного самолета на солнечных батареях (на тот момент) Zephyr 6 в августе 2008 года. [3]

Литий-серные батареи могут вытеснить литий-ионные элементы из-за их более высокой плотности энергии и сниженной стоимости. Это связано с двумя факторами. Во-первых, использование серы вместо менее плотных и более дорогих веществ, таких как соединения кобальта и/или железа, которые содержатся в литий-ионных батареях . [2] [4] Во-вторых, использование металлического лития вместо интеркалированных ионов лития позволяет добиться гораздо более высокой плотности энергии, поскольку для удержания «лития» требуется меньше веществ, а литий напрямую окисляется. [2] [4] [1] Литий-серные батареи предлагают удельную энергию порядка 550 Вт·ч / кг , [1] в то время как литий-ионные батареи находятся в диапазоне 150–260 Вт·ч/кг. [5]  

В 2017 году были продемонстрированы Li–S-аккумуляторы с циклами заряда и разряда до 1500 [6], но испытания на циклическую долговечность в коммерческих масштабах и с обедненным электролитом не были завершены. По состоянию на начало 2021 года ни один из них не был коммерчески доступен.

Проблемы, которые замедлили принятие, включают эффект полисульфидного «челнока», который отвечает за прогрессирующую утечку активного материала из катода, что приводит к слишком малому количеству циклов перезарядки. [7] Кроме того, серные катоды имеют низкую проводимость, требуя дополнительной массы для проводящего агента, чтобы использовать вклад активной массы в емкость. [8] Объемное расширение серного катода во время преобразования S в Li 2 S и большое количество необходимого электролита также являются проблемами. Однако в начале 2000-х годов ученые начали добиваться прогресса в создании высокостабильных сульфидированных углеродных катодов [9] , и к 2020 году ученые из Университета Райса продемонстрировали батареи на основе сульфидированных углеродных катодов, которые сохраняли >70% своей емкости после 1000 циклов. [10] К 2023 году Zeta Energy, стартап из Техаса, объявил, что несколько национальных лабораторий независимо подтвердили, что его литий-серные батареи на основе сульфидированных углеродных катодов не содержат полисульфидного челнока. [11]

Конкурентные преимущества сернисто-углеродных катодов (например, сернистого полиакрилонитрила, также известного как SPAN) были подчеркнуты количественным анализом, проведенным исследователями из Университета Мэриленда, Колледж-Парка и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории в 2024 году. [12] Их особенность полисульфидного челнока обеспечивает правильную работу в условиях обедненного электролита (< 3 г·(А·ч) −1 ), что, как было доказано, имеет чрезвычайно важное значение для достижения полного потенциала аккумуляторов Li-S. Исследователи предложили и проанализировали нетрадиционные перспективы дальнейшего улучшения как плотности энергии, так и срока службы, подчеркнув важность надлежащего электролита (т. е. стабильного, легкого и высокопроводящего Li + ). [12]

История

Аккумуляторы Li–S были изобретены в 1960-х годах, когда Герберт и Улам запатентовали первичную батарею, использующую литий или литиевые сплавы в качестве анодного материала, серу в качестве катодного материала и электролит, состоящий из алифатических насыщенных аминов . [13] [14] Несколько лет спустя технология была улучшена за счет введения органических растворителей, таких как ПК , ДМСО и ДМФ, что дало батарею 2,35–2,5 В. [15] К концу 1980-х годов была продемонстрирована перезаряжаемая батарея Li–S, использующая эфиры, в частности DOL , в качестве растворителя электролита. [16] [17]

В 2020 году компания Manthiram определила критические параметры, необходимые для достижения коммерческого признания. [18] [19] В частности, батареи Li–S должны достигать содержания серы >5 мг·см −2 , содержания углерода <5%, соотношения электролита к сере <5 мкл·мг −1 , соотношения электролита к емкости <5 мкл·(мА·ч) −1 и соотношения отрицательной и положительной емкости <5 в ячейках пакетного типа. [18]

В 2021 году исследователи объявили об использовании анодной добавки на основе сахара, которая предотвращала высвобождение полисульфидных цепей из катодов, загрязняющих анод. Прототип ячейки продемонстрировал 1000 циклов зарядки с емкостью 700 мАч/г. [20]

В 2022 году был представлен промежуточный слой, который, как утверждалось, уменьшает движение полисульфида (защищая анод) и облегчает перенос ионов лития для сокращения времени зарядки/разрядки. [21] Также в том же году исследователи использовали арамидные нановолокна (наноразмерные кевларовые волокна), сформированные в клеточные мембраноподобные сети. Это предотвратило образование дендритов. Он решал проблему перемещения полисульфида, используя ионную селективность, интегрируя крошечные каналы в сеть и добавляя электрический заряд. [22]

Также в 2022 году исследователи из Университета Дрекселя создали прототип литий-серной батареи, которая не деградировала более 4000 циклов зарядки. Анализ показал, что батарея содержала моноклинную гамма-фазу серы, которая считалась нестабильной при температуре ниже 95 градусов Цельсия, и только несколько исследований показали, что этот тип серы стабилен дольше 20–30 минут. [23]

В 2024 году исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего объявили об открытии нового серно-йодного кристаллического материала, который может радикально увеличить электропроводность катода литий-серной батареи на 11 порядков, сделав его в 100 миллиардов раз более проводящим, чем кристаллы, сделанные только из серы. Более того, новый материал обладает свойствами самовосстановления, что позволяет восстанавливать повреждения, вызванные циклами перезарядки, путем нагревания нового материала. [24]

Химия

Химические процессы в ячейке Li–S включают растворение лития с поверхности анода (и включение в полисульфидные соли щелочных металлов ) во время разряда и обратное осаждение лития на аноде во время зарядки. [25]

Анод

На анодной поверхности происходит растворение металлического лития с образованием электронов и ионов лития во время разряда и электроосаждением во время заряда. Полуреакция выражается как: [26]

По аналогии с литиевыми батареями, реакция растворения/электроосаждения со временем вызывает проблемы нестабильного роста твердоэлектролитного интерфейса (SEI), создавая активные центры для зародышеобразования и дендритного роста лития. Дендритный рост является причиной внутреннего короткого замыкания в литиевых батареях и приводит к выходу из строя самой батареи. [27]

Катод

В батареях Li–S энергия хранится в серном катоде (S 8 ). Во время разряда ионы лития в электролите мигрируют к катоду, где сера восстанавливается до сульфида лития (Li 2 S) . Сера повторно окисляется до S 8 во время фазы перезарядки. Таким образом, полуреакция выражается как:

(E° ≈ 2,15 В относительно Li/Li + )

На самом деле реакция восстановления серы до сульфида лития гораздо сложнее и включает образование полисульфидов лития (Li 2 S x , 2 ≤ x ≤ 8) при уменьшении длины цепи согласно: [28]

Общий:

И последний шаг:

Конечный продукт на самом деле представляет собой смесь Li 2 S 2 и Li 2 S, а не чистый Li 2 S, из-за медленной кинетики восстановления в Li 2 S. [29] Это контрастирует с обычными литий-ионными ячейками, где ионы лития интеркалированы в аноде и катодах. Каждый атом серы может содержать два иона лития. Обычно литий-ионные батареи содержат только 0,5–0,7 ионов лития на атом-хозяин. [30] Следовательно, Li–S обеспечивает гораздо более высокую плотность хранения лития. Полисульфиды восстанавливаются на поверхности катода последовательно, пока ячейка разряжается:

С
8→ Ли
2С
8→ Ли
2С
6→ Ли
2С
4→ Ли
2С
3

По мере зарядки ячейки на катоде через пористый диффузионный сепаратор образуются полимеры серы:

Ли
2С → Ли
2С
2→ Ли
2С
3→ Ли
2С
4→ Ли
2С
6→ Ли
2С
8→ С
8

Эти реакции аналогичны реакциям в натрий-серной батарее .

Главной проблемой аккумуляторов Li–S является низкая проводимость серы и ее значительное изменение объема при разрядке, а поиск подходящего катода является первым шагом для коммерциализации аккумуляторов Li–S. [31] Поэтому большинство исследователей используют углеродно-серный катод и литиевый анод. [ 32] Сера очень дешева, но практически не имеет электропроводности , 5 × 10−30 См ⋅см −1 при 25 °C. [33] Углеродное покрытие обеспечивает недостающую электропроводность. Углеродные нановолокна обеспечивают эффективный путь электронной проводимости и структурную целостность, но в ущерб более высокой стоимости. [34] В 2024 году исследователи объявили об открытии серно-йодного материала, который может значительно увеличить электропроводность катода литий-серного аккумулятора на 11 порядков, делая его в 100 миллиардов раз более проводящим, чем кристаллы, сделанные только из серы. [24]  

Одна из проблем конструкции литий-сера заключается в том, что когда сера в катоде поглощает литий, происходит расширение объема композиций Li x S, а прогнозируемое расширение объема Li 2 S составляет почти 80% от объема исходной серы. [35] Это вызывает большие механические напряжения на катоде, что является основной причиной быстрой деградации. Этот процесс уменьшает контакт между углеродом и серой и предотвращает поток ионов лития к поверхности углерода. [36]

Механические свойства литиированных соединений серы в значительной степени зависят от содержания лития, и с увеличением содержания лития прочность литиированных соединений серы улучшается, хотя это увеличение не является линейным с литированием. [37]

Одним из основных недостатков большинства ячеек Li–S являются нежелательные реакции с электролитами. В то время как S и Li
2S относительно нерастворимы в большинстве электролитов, многие промежуточные полисульфиды не растворяются. Растворение Li
2С
нв электролиты вызывает необратимую потерю активной серы. [38] Использование высокореактивного лития в качестве отрицательного электрода вызывает диссоциацию большинства обычно используемых других типов электролитов. Использование защитного слоя на поверхности анода было изучено для повышения безопасности элемента, т. е. использование тефлонового покрытия показало улучшение стабильности электролита, [39] LIPON, Li 3 N также продемонстрировал многообещающие характеристики.

Полисульфидный «челнок»

Исторически, эффект «челнока» является основной причиной деградации в Li–S-батарее. [40] Полисульфид лития Li 2 S x (6≤x≤8) хорошо растворяется [41] в обычных электролитах, используемых для Li–S-батарей. Они образуются и вытекают из катода, а затем диффундируют к аноду, где восстанавливаются до полисульфидов с короткой цепью и диффундируют обратно к катоду, где снова образуются полисульфиды с длинной цепью. Этот процесс приводит к непрерывной утечке активного материала с катода, коррозии лития, низкой кулоновской эффективности и низкому сроку службы батареи. [42] Более того, эффект «челнока» отвечает за характерный саморазряд Li–S-батарей из-за медленного растворения полисульфида, которое происходит также в состоянии покоя. [40] Эффект «челнока» в Li–S-аккумуляторе можно количественно оценить с помощью фактора f c (0 < f c < 1), оцененного по расширению плато напряжения заряда. Фактор f c определяется выражением: [43]

где k s , q up , [S tot ] и I c — соответственно кинетическая константа, удельная емкость, вносящая вклад в анодное плато, общая концентрация серы и ток заряда.

В 2022 году [44] исследователи сообщили об использовании катода, изготовленного из углеродных нановолокон . Элементарная сера была осаждена на углеродную подложку (ср. физическое осаждение из паровой фазы ), что образовало редкий и обычно метастабильный моноклинный аллотроп γ-серы . Этот аллотроп обратимо реагирует с Li
2S без образования промежуточных полисульфидов Li
2С
х. Поэтому карбонатные электролиты, которые обычно реагируют с этими полисульфидами, можно использовать вместо довольно опасных электролитов на основе эфира (низкие температуры вспышки и кипения). [45]

Его начальная емкость составляла 800 Ач/кг (классические батареи LiCoO 2 /графит имеют емкость ячейки 100 Ач/кг). Он разлагался очень медленно, в среднем на 0,04% за каждый цикл, и сохранял 658 Ач/кг после 4000 циклов (82%). [44]

Электролит

Традиционно, Li–S батареи используют жидкий органический электролит, содержащийся в порах сепаратора PP. [40] Электролит играет ключевую роль в Li–S батареях, действуя как на эффект «челнока» путем растворения полисульфида, так и на стабилизацию SEI на поверхности анода. Было показано, что электролиты на основе органических карбонатов, обычно используемые в Li-ion батареях (то есть PC, EC , DEC и их смеси), несовместимы с химией Li–S батарей. [46] Длинноцепочечные полисульфиды подвергаются нуклеофильной атаке на электрофильные участки карбонатов, что приводит к необратимому образованию побочных продуктов, таких как этанол , метанол , этиленгликоль и тиокарбонаты . В Li–S батареях традиционно используются циклические эфиры (как DOL ) или короткоцепочечные эфиры (как DME ), а также семейство гликолевых эфиров, включая DEGDME и TEGDME . [47] Одним из распространенных электролитов является 1M LiTFSI в DOL:DME 1:1 по объему с 1% по весу LiNO 3 в качестве добавки для пассивации литиевой поверхности. [47]

Безопасность

Из-за высокой плотности потенциальной энергии и нелинейной реакции разряда и зарядки элемента иногда используются микроконтроллер и другие схемы безопасности вместе с регуляторами напряжения для управления работой элемента и предотвращения быстрого разряда . [48]

Продолжительность жизни

Литий-серные (Li-S) батареи имеют более короткий срок службы по сравнению с традиционными литий-ионными батареями . [49] Недавние достижения в области материалов и формул электролита показали потенциал для продления срока службы до более чем 1000 циклов. [10] Одним из основных факторов, ограничивающих срок службы Li-S батарей, является растворение полисульфидов в электролите , что приводит к эффекту челнока и потере емкости с течением времени. [50] Рабочая температура и скорость циклирования также играют важную роль в определении срока службы Li-S батарей. [51]

Исследовать

Коммерциализация

По состоянию на 2021 год лишь немногие компании смогли коммерциализировать технологию в промышленных масштабах. Такие компании, как Sion Power, сотрудничают с Airbus Defence and Space для тестирования своей технологии литий-серных батарей. Airbus Defense and Space успешно запустила свой прототип самолета High Altitude Pseudo-Satellite (HAPS), работающего от солнечной энергии днем ​​и от литий-серных батарей ночью в реальных условиях в течение 11-дневного полета. Батареи, используемые в испытательном полете, использовали элементы Li–S компании Sion Power, которые обеспечивают 350 Вт⋅ч/кг. [76] Первоначально Sion заявляла, что находится в процессе массового производства с доступностью к концу 2017 года; однако в последнее время можно увидеть, что они прекратили работу над своей литий-серной батареей в пользу литий-металлической батареи. [77] [78]

Британская фирма OXIS Energy разработала прототип литий-серных батарей. [79] [80] Совместно с Имперским колледжем Лондона и Университетом Крэнфилда они опубликовали модели эквивалентной цепи-сети для своих ячеек. [81] Совместно с Lithium Balance of Denmark они построили прототип системы аккумуляторов для скутеров, в первую очередь для китайского рынка, которая имела емкость 1,2  кВт·ч с использованием ячеек Long Life емкостью 10  А·ч и весила на 60% меньше свинцово-кислотных батарей со значительным увеличением диапазона. [82] Они также построили 3U, 3000  Вт·ч стоечную батарею, которая весила всего 25  кг и, как говорили, была полностью масштабируемой. [83] Они утверждали, что их литий-серные батареи будут стоить около 200 долларов США/кВт·ч при массовом производстве. [84] Однако в мае 2021 года фирма вступила в статус банкротства (несостоятельности). [85]

Sony , которая также выпустила на рынок первую литий-ионную батарею, планировала вывести на рынок литий-серные батареи в 2020 году, но не предоставила никаких обновлений с момента первоначального объявления в 2015 году. [86]

Факультет машиностроения и аэрокосмической техники Университета Монаша в Мельбурне, Австралия, разработал сверхмощную батарею Li–S, которая была изготовлена ​​партнерами в Институте материалов и лучевых технологий Фраунгофера в Германии. Утверждается, что батарея может обеспечить питание смартфона в течение пяти дней. [87]

В 2022 году немецкая компания Theion заявила, что представит литий-серные батареи для мобильных устройств в 2023 году, а для транспортных средств — к 2024 году. [88]

В январе 2023 года компания Zeta Energy из Хьюстона, штат Техас, получила грант в размере 4 миллионов долларов от программы ARPA-E Министерства энергетики США на разработку литий-серных батарей на основе катода из сульфированного углерода и вертикально выровненного анода из углеродных нанотрубок. [89]

В июне 2023 года компания Lyten из Сан-Хосе, штат Калифорния, запустила пилотную производственную линию, производящую около 100 батарей в день. [90] В 2024 году Lyten объявила о планах строительства гигафабрики стоимостью в миллиард долларов в Рино, штат Невада, по производству до 10 гигаватт-часов литий-серных батарей в год. [91]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd "OXIS ENERGY ГОТОВИТСЯ СДЕЛАТЬ ТЕХНОЛОГИЮ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛИТИЙ-СЕРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РЕАЛЬНОСТЬЮ" (pdf). 20 апреля 2021 г. Получено 7 июня 2021 г.
  2. ^ abc Zhang, Sheng S (2013). «Жидкоэлектролитная литий-серная батарея: фундаментальная химия, проблемы и решения». Journal of Power Sources . 231 : 153–162. doi : 10.1016/j.jpowsour.2012.12.102.
  3. ^ Амос, Дж. (24 августа 2008 г.) «Солнечный самолет совершает рекордный полет» BBC News
  4. ^ ab Manthiram, Arumugam; Fu, Yongzhu; Su, Yu-Sheng (2013). «Проблемы и перспективы литий-серных батарей» (PDF) . Acc. Chem. Res . 46 (5): 1125–1134. doi :10.1021/ar300179v. PMID  23095063. Архивировано из оригинала (PDF) 2020-01-03.
  5. ^ Автомобильные литий-ионные аккумуляторы: текущее состояние и будущие перспективы (отчет). Министерство энергетики США. 2019-01-01. стр. 26. Получено 15 марта 2021 г.
  6. ^ "Технология литий-серных аккумуляторов OXIS Energy". Архивировано из оригинала 28 июня 2017 г.В 2017 году: «можно циклировать около 1500 раз... В течение следующих 2 лет мы ожидаем, что это число достигнет 2500 циклов». В 2021 году: «В течение следующих двух лет мы намерены удвоить текущий циклический ресурс, чтобы достичь более 500 циклов».
  7. ^ Дяо, Янь; Се, Кай; Сюн, Шижао; Хун, Сяобинь (август 2013 г.). «Явление челнока – необратимый механизм окисления активного материала серы в аккумуляторе Li–S». Журнал источников питания . 235 : 181–186. doi :10.1016/j.jpowsour.2013.01.132.
  8. ^ Эфтехари, Али (2017). «Подъем литий-селеновых батарей». Sustainable Energy & Fuels . 1 : 14–29. doi :10.1039/C6SE00094K.
  9. ^ Ван, Дж.; Ян, Дж.; Се, Дж.; Сюй, Н. (2002). «Новый проводящий полимерно-серный композитный катодный материал для перезаряжаемых литиевых батарей». Advanced Materials . 14 (13–14): 963–965. doi :10.1002/1521-4095(20020705)14:13/14<963::AID-ADMA963>3.0.CO;2-P.
  10. ^ ab Salvatierra, Rodrigo V; James, Dustin K; Tour, James M (2022). Gupta, Ram K (ред.). Литий-серные батареи: материалы, проблемы и применение . Амстердам: Elsevier. стр. 241–270. ISBN 978-0-323-91934-0.
  11. ^ «Zeta Energy получает стороннее подтверждение того, что ее литий-серная батарея не содержит полисульфида». PR Newswire. 1 мая 2023 г. Получено 3 сентября 2023 г.
  12. ^ ab Phan, An L.; Le, Phung ML; Wang, Chunsheng (май 2024 г.). «Реализация высокоэнергетических и долговечных батарей Li/SPAN». Joule . 8 (6): 1601–1618. doi :10.1016/j.joule.2024.04.003. ISSN  2542-4351.
  13. ↑ Патент США 3043896, Данута, Герберт и Юлиуш, Улам, «Электрические сухие элементы и аккумуляторные батареи», выдан 10 июля 1962 г., передан Electric Tech Corp. 
  14. ^ Патент США 3532543, Ноул, Доминик А. и Мосс, Владимир, «Батарея, использующая литий-серные электроды с неводным электролитом», выдан 1970-10-06, передан Aerojet Rocketdyne Inc. 
  15. ^ Патент США 3413154, Mlarur, Rao & Bhaskara, Lakshmanar, "Органические электролитные элементы", выдан 26 ноября 1968 г., передан Duracell Inc USA 
  16. ^ Пелед, Э.; Горенштейн, А.; Сегал, М.; Стернберг, Ю. (май 1989). «Перезаряжаемая литий-серная батарея (расширенный реферат)». Журнал источников питания . 26 (3–4): 269–271. Bibcode : 1989JPS....26..269P. doi : 10.1016/0378-7753(89)80133-8.
  17. ^ Пелед, Э. (1989). «Литий-серная батарея: оценка электролитов на основе диоксолана». Журнал электрохимического общества . 136 (6): 1621–1625. Bibcode : 1989JElS..136.1621P. doi : 10.1149/1.2096981.
  18. ^ ab Bhargav, Amruth; Jiarui, He (2020). «Литий-серные батареи: достижение критических показателей». Joule . 4 (2): 285–291. doi : 10.1016/j.joule.2020.01.001 .
  19. ^ Мантирам, Арумугам; Фу, Юнчжу; Чунг, Шэн-Хенг; Цзу, Чэньси; Су, Юй-Шэн (2014). «Перезаряжаемые литий-серные аккумуляторы». Химические обзоры . 114 (23): 11751–11787. дои : 10.1021/cr500062v. ПМИД  25026475.
  20. ^ Лаварс, Ник (2021-09-13). «Литий-серная батарея с добавлением сахара обещает увеличить емкость до 5 раз». Новый Атлас . Получено 20-09-2021 .
  21. ^ Лаварс, Ник (28.02.2022). «Пористый слой аккумулятора приближает зарядку электромобиля раз в неделю на шаг». Новый Атлас . Получено 01.03.2022 .
  22. ^ Лаварс, Ник (2022-01-17). "Кевларовые волокна укрепляют литий-серный аккумулятор с 5-кратной емкостью литий-ионного". Новый Атлас . Получено 2022-04-07 .
  23. ^ Пай, Рахул (2022-02-10). "Стабилизация гамма-серы при комнатной температуре для возможности использования карбонатного электролита в батареях Li-S". Химия коммуникаций . 5 (1): 17. doi : 10.1038/s42004-022-00626-2 . PMC 9814344. PMID  36697747. S2CID  246704531 . 
  24. ^ ab "Healable Cathode Could Unlock Potential of Solid-state Lithium-Sulfur Batteries". US San Diego Today . 6 марта 2024 г. Получено 20 апреля 2024 г.
  25. ^ Tudron, FB, Akridge, JR, и Puglisi, VJ (2004) «Литий-серные аккумуляторные батареи: характеристики, состояние разработки и применимость для питания портативной электроники» (Тусон, Аризона: Sion Power)
  26. ^ Кумар, Рудра; Лю, Цзе; Хванг, Джанг-Ён (2018). «Последние тенденции исследований в области батарей Li–S». Journal of Materials Chemistry A . 6 (25): 11582–11605. doi :10.1039/C8TA01483C . Получено 04.07.2019 .
  27. ^ Ульд Эли, Тейеб; Камзабек, Дана; Чакраборти, Дхритиман (2018-05-29). «Литий-серные батареи: современное состояние и будущие направления». ACS Applied Energy Materials . 1 (5): 1783–1814. doi :10.1021/acsaem.7b00153.
  28. ^ Линь, Чжань; Лян, Чэнду (2015). «Литий-серные батареи: от жидких до твердых ячеек». Журнал химии материалов A . 3 (3): 18. doi :10.1039/C4TA04727C. OSTI  1185628 . Получено 04.07.2019 .
  29. ^ Song, Min-Kyu; Cairns, Elton J.; Zhang, Yuegang (2013). «Литий-серные батареи с высокой удельной энергией: старые проблемы и новые возможности». Nanoscale . 5 (6): 2186–204. Bibcode :2013Nanos...5.2186S. doi :10.1039/c2nr33044j. PMID  23397572 . Получено 04.07.2019 .
  30. ^ Буллис, Кевин (22 мая 2009 г.). «Возвращаясь к литий-серным батареям». Обзор технологий . Архивировано из оригинала 15 апреля 2012 г. Получено 12 августа 2016 г.
  31. ^ Эфтехари, А. (2017). «Катодные материалы для литий-серных батарей: практическая перспектива». Журнал химии материалов A. 5 ( 34): 17734–17776. doi :10.1039/C7TA00799J.
  32. ^ Чой, YJ; Ким, KW (2008). «Улучшение циклических свойств серного электрода для литий/серной батареи». Журнал сплавов и соединений . 449 (1–2): 313–316. doi :10.1016/j.jallcom.2006.02.098.
  33. ^ JA Dean, ред. (1985). Lange's Handbook of Chemistry (третье изд.). Нью-Йорк: McGraw-Hill. стр. 3–5. ISBN 978-0-07-016192-4.
  34. ^ Choi, YJ; Chung, YD; Baek, CY; Kim, KW; Ahn, JH (4 марта 2008 г.). «Влияние углеродного покрытия на электрохимические свойства серного катода для литий/серных ячеек». J. Power Sources . 184 (2): 548–552. Bibcode : 2008JPS...184..548C. doi : 10.1016/j.jpowsour.2008.02.053.
  35. ^ Ислам, Мд Махбубул; Остадхоссейн, Алиреза; Бородин, Олег; Йейтс, А. Тодд; Типтон, Уильям У.; Хенниг, Ричард Г.; Кумар, Нитин; Дуин, Адри CT van (2015-01-21). "Моделирование молекулярной динамики ReaxFF на катодных материалах из литиированной серы". Phys. Chem. Chem. Phys . 17 (5): 3383–3393. Bibcode :2015PCCP...17.3383I. doi :10.1039/c4cp04532g. PMID  25529209.
  36. ^ Брайан Додсон, «Новая литий-серная батарея удваивает плотность энергии литий-ионной», NewAtlas, 1 декабря 2013 г.
  37. ^ Ислам и др. (2015). «Моделирование молекулярной динамики ReaxFF на катодных материалах из литиированной серы». Phys. Chem. Chem. Phys . 17 (5): 3383–3393. Bibcode :2015PCCP...17.3383I. doi :10.1039/C4CP04532G. PMID  25529209.
  38. ^ Jeong, SS; Lim, Y.; Choi, YT; Kim, KW; Ahn, HJ; Cho, KK (2006). «Электрохимические свойства литий-серных ячеек с использованием полимерных электролитов PEO, приготовленных при трех различных условиях смешивания». J. Power Sources . 174 (2): 745–750. Bibcode : 2007JPS...174..745J. doi : 10.1016/j.jpowsour.2007.06.108.
  39. ^ Ислам, Мд Махбубул; Брянцев, Вячеслав С.; ван Дуин, Адри КТ (2014). "Моделирование реактивного силового поля ReaxFF о влиянии тефлона на разложение электролита во время разряда анода Li/SWCNT в литий-серных батареях" (PDF) . Журнал электрохимического общества . 161 (8): E3009–E3014. doi :10.1149/2.005408jes. S2CID  52235837. Архивировано из оригинала (PDF) 21.02.2019.
  40. ^ abc Мантирам, Арумугам; Фу, Юнчжу; Чунг, Шэн-Хенг; Цзу, Чэньси; Су, Юй-Шэн (10 декабря 2014 г.). «Перезаряжаемые литий-серные батареи». Химические обзоры . 114 (23): 11751–11787. дои : 10.1021/cr500062v. ISSN  0009-2665. ПМИД  25026475.
  41. ^ Чжан, Кинтао (2018). Химически полученный графен: функционализация, свойства и применение (иллюстрированное издание). Королевское химическое общество. стр. 224. ISBN 978-1-78801-080-1.Выдержка из страницы 224
  42. ^ Song, Min-Kyu; Cairns, Elton J.; Zhang, Yuegang (2013). «Литий-серные батареи с высокой удельной энергией: старые проблемы и новые возможности». Nanoscale . 5 (6): 2186–204. Bibcode : 2013Nanos...5.2186S. doi : 10.1039/c2nr33044j. ISSN  2040-3364. PMID  23397572.
  43. ^ Михайлик, Юрий В.; Акридж, Джеймс Р. (2004). «Исследование полисульфидного челнока в системе аккумуляторов Li/S». Журнал электрохимического общества . 151 (11): A1969. Bibcode : 2004JElS..151A1969M. doi : 10.1149/1.1806394 .
  44. ^ ab Pai, Rahul; Singh, Arvinder; Tang, Maureen H.; Kalra, Vibha (10 февраля 2022 г.). «Стабилизация гамма-серы при комнатной температуре для возможности использования карбонатного электролита в батареях Li-S». Communications Chemistry . 5 (1): 17. doi : 10.1038/s42004-022-00626-2 . ISSN  2399-3669. PMC 9814344. PMID 36697747.  S2CID 246704531  . 
  45. ^ Тао, Синьюн; Лю, Яюань; Лю, Вэй; Чжоу, Гуанминь; Чжао, Цзе; Линь, Динчан; Цзу, Чэньси; Шэн, Оувей; Чжан, Вэнькуй; Ли, Хён Ук; Цуй, И (10 мая 2017 г.). «Твердотельные литий-серные батареи, работающие при 37 °C, с композитами наноструктурированного Li 7 La 3 Zr 2 O 12 /углеродной пены и полимера». Нано-буквы . 17 (5): 2967–2972. Бибкод : 2017NanoL..17.2967T. doi : 10.1021/acs.nanolett.7b00221. ISSN  1530-6984. PMID  28388080.
  46. ^ Йим, Тэын; Парк, Мин-Сик; Ю, Джи-Сан; Ким, Ки Джэ; Я, Гын Юнг; Ким, Джэ Хун; Чон, Гуджин; Джо, Ён Нам; Ву, Санг-Гиль (сентябрь 2013 г.). «Влияние химической активности полисульфида по отношению к электролиту на основе карбоната на электрохимические характеристики Li-S аккумуляторов». Электрохимика Акта . 107 : 454–460. doi :10.1016/j.electacta.2013.06.039.
  47. ^ ab Scheers, Johan; Fantini, Sébastien; Johansson, Patrik (июнь 2014 г.). «Обзор электролитов для литий-серных батарей». Journal of Power Sources . 255 : 204–218. Bibcode : 2014JPS...255..204S. doi : 10.1016/j.jpowsour.2014.01.023.
  48. ^ Akridge, JR (октябрь 2001 г.) «Безопасность литий-серных аккумуляторных батарей» Battery Power Products & Technology
  49. ^ Тренто, Чин (27 декабря 2023 г.). «Литий-серные батареи против литий-ионных батарей: сравнительный анализ». Stanford Advanced Materials . Получено 11 июля 2024 г.
  50. ^ Ю, Линхуэй; Онг, Сэмюэл ( 2021). «Важность растворения полисульфидов в литий-серных батареях и перспективы высокоэнергетического электролита/катода». Electrochimica Acta . 392. doi :10.1016/j.electacta.2021.139013. hdl : 10356/155660 .
  51. ^ Лю, Y; Ван, T (2023). «Проблемы и решения для низкотемпературных литий-серных батарей: обзор». Материалы . 16 (12): 4359. doi : 10.3390/ma16124359 . PMC 10302741. PMID  37374546 . 
  52. ^ ab Xiulei Ji, Kyu Tae Lee и Linda F. Nazar. (17 мая 2009 г.) «Высокоупорядоченный наноструктурированный углеродно-серный катод для литий-серных аккумуляторов». Nature Materials
  53. ^ Гуанъюань, Чжэн; Юань Ян; Джуди Дж. Ча ; Сын Сэ Хонг; И Цуй (14 сентября 2011 г.). «Полые углеродные нановолоконные серные катоды для литиевых аккумуляторов высокой удельной емкости» (PDF) . Nano Letters . 11 (10): 4462–4467. Bibcode : 2011NanoL..11.4462Z. doi : 10.1021/nl2027684. PMID  21916442.
  54. ^ Келлер, Сара Джейн (4 октября 2011 г.). «Сера в полых нановолокнах преодолевает трудности проектирования литий-ионных аккумуляторов». Stanford News . Stanford University . Получено 18 февраля 2012 г.
  55. ^ Розенберг, Сара; Хинтеннах (1 апреля 2014 г.). «Лазерно-печатные литий-серные микроэлектроды для батарей Li/S». Российский журнал электрохимии . 50 (4): 327–335. doi :10.1134/S1023193514040065. S2CID  97154966.
  56. ^ Ванденберг, Аврелий; Хинтеннах (1 апреля 2014 г.). «Новый подход к проектированию литий-серных аккумуляторов». Российский журнал электрохимии . 50 (4): 317–326. doi :10.1134/S102319351306013X. S2CID  96826100.
  57. ^ "Исследователи увеличивают срок службы литий-серных батарей". Gizmag.com. 4 апреля 2013 г. Получено 04.12.2013 .
  58. ^ Chung, WJ; Griebel, JJ; Kim, ET; Yoon, H.; Simmonds, AG; Ji, HJ; Dirlam, PT; Glass, RS; Wie, JJ; Nguyen, NA; Guralnick, BW; Park, J.; Somogyi, Á. D.; Theato, P.; MacKay, ME; Sung, YE; Char, K.; Pyun, J. (2013). «Использование элементарной серы в качестве альтернативного сырья для полимерных материалов». Nature Chemistry . 5 (6): 518–524. Bibcode :2013NatCh...5..518C. doi :10.1038/nchem.1624. PMID  23695634.
  59. ^ Кэрил Ричардс (16.04.2013). «Радикальный подход к превращению серы в полимеры».
  60. ^ Национальная ускорительная лаборатория SLAC (6 сообщений) (2013-01-08). "Мировой рекорд производительности батареи достигнут с помощью яйцевидных наноструктур". CleanTechnica . Получено 2013-06-11 .{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  61. ^ Wei Seh, Z.; Li, W.; Cha, JJ; Zheng, G.; Yang, Y.; McDowell, MT; Hsu, PC; Cui, Y. (2013). "Наноархитектура желток–оболочка серы–TiO2 с внутренним пустотным пространством для литий-серных батарей с длительным циклом". Nature Communications . 4 : 1331. Bibcode : 2013NatCo...4.1331W. doi : 10.1038/ncomms2327 . PMID  23299881.
  62. ^ Lin, Z; Liu, Z; Fu, W; Dudney, NJ ; Liang, C (2013). «Lithium Polysulfidophosphates: A Family of Lithium-Conducting Sulfur-Rich Compounds for Lithium–Sulfur Batteries» (PDF) . Angewandte Chemie International Edition . 52 (29): 7460–7463. doi :10.1002/anie.201300680. PMID  23737078. S2CID  37368147. Архивировано из оригинала (PDF) 2016-09-10.
  63. ^ Lin, Z.; Liu, Z.; Fu, W.; Dudney, NJ ; Liang, C. (2013). «Lithium Polysulfidophosphates: A Family of Lithium-Conducting Sulfur-Rich Compounds for Lithium-Sulfur Batteries» (PDF) . Angewandte Chemie International Edition . 52 (29): 7460–7463. doi :10.1002/anie.201300680. PMID  23737078. S2CID  37368147. Архивировано из оригинала (PDF) 2016-09-10.
  64. ^ "Полностью литий-серная батарея хранит в четыре раза больше энергии, чем литий-ионная". NewAtlas.com. 7 июня 2013 г. Получено 13 июня 2013 г.
  65. ^ "Новая литий-серная батарея удваивает плотность энергии литий-ионной". NewAtlas.com. 2 декабря 2013 г. Получено 04.12.2013 .
  66. ^ Лаварс, Ник (20 февраля 2014 г.). «Гибридный анод увеличивает срок службы литий-серных аккумуляторов в четыре раза» . Получено 22 августа 2016 г.
  67. ^ "Запах серы". Economist . 3 января 2015 г. Получено 22 августа 2016 г.
  68. ^ "Компания OXIS Energy, производящая Li–S-аккумуляторы, сообщает о 300 Вт·ч/кг и 25 А·ч элементах, прогнозируя 33 А·ч к середине 2015 года, 500 Вт·ч/кг к концу 2018 года". Green Car Congress. 12 ноября 2014 г. Получено 22 августа 2016 г.
  69. ^ Нгуен, Д.-Т.; Хёфлинг, А.; Йи, М.; Нгуен, THG; Теато, П.; Ли, ЙДж; Сонг, С.-В. (2019). «Возможность создания высокоскоростной и безопасной литий-ионно-серной батареи за счет эффективного сочетания серно-сополимерного катода и твердого углеродного анода». ChemSusChem . 12 (2): 480–486. doi :10.1002/cssc.201802430. PMID  30479038. S2CID  53771189.
  70. ^ Юань, Чжэ; Пэн, Хун-Цзе; Хуан, Цзя-Ци; Лю, Синь-Янь; Ван, Дай-Вэй; Чэн, Синь-Бин; Чжан, Цян (2014-10-01). "Иерархические свободностоящие бумажные электроды из углеродных нанотрубок со сверхвысоким содержанием серы для литий-серных батарей" (PDF) . Advanced Functional Materials . 24 (39): 6105–6112. doi :10.1002/adfm.201401501. ISSN  1616-3028. S2CID  97124341. Архивировано из оригинала (PDF) 2020-01-03.
  71. ^ Нилон, Шон (2015-03-03). "Стеклянное покрытие для улучшения производительности батареи". R&D . Архивировано из оригинала 2015-03-07 . Получено 22 августа 2016 г.
  72. ^ Нилон, Шон (2 марта 2015 г.). «Стеклянное покрытие улучшает производительность батареи». phys.org . Получено 22 августа 2016 г. .
  73. ^ Тантис, Иосиф; Бакандритсос, Аристид; Заоралова, Дагмар; Медведь, Мирослав; Якубец, Петр; Гавлакова, Яна; Зборжил, Радек; Отепка, Михал (2021). «Ковалентно связанные листы графена с серными цепочками позволяют создавать превосходные катоды литий-серных батарей на уровне полной массы». Передовые функциональные материалы . 31 (30): 2101326. doi : 10.1002/adfm.202101326 . ISSN  1616-3028. S2CID  234870475.
  74. ^ Джо, Сон-Чан; Хонг, Чон-Вон; Чхве, Ик-Хён; Ким, Мин-Джу; Ким, Бён Гон; Ли, Ю-Джин; Чхве, Хе Ён; Ким, Духун; Ким, Тэ Ён; Бэг, Кан-Джун; Пак, Джун-У (май 2022 г.). «Мультимодальное улавливание полисульфидов углеродными композитами, легированными фосфором, для гибких литий-серных батарей высокой плотности». Small . 18 (21): 2200326. doi :10.1002/smll.202200326. ISSN  1613-6810. PMID  35285157. S2CID  247437352.
  75. ^ Ван, Пейю; Катерис, Николаос; Ли, Байхэн; Чжан, Ивэнь; Ло, Цзяньминь; Ван, Чуанлун; Чжан, Юэ; Джаяраман, Амитеш С.; Ху, Сяофэй; Ван, Хай; Ли, Вэйян (17 августа 2023 г.). «Высокопроизводительные литий-серные батареи посредством молекулярного комплексообразования». Журнал Американского химического общества . 145 (34): 18865–18876. doi : 10.1021/jacs.3c05209. ISSN  0002-7863. ПМИД  37589666.
  76. ^ Копера, Дж. (сентябрь 2014 г.) «Литий-серные батареи компании Sion Power обеспечивают электроэнергией псевдоспутниковый полет на большой высоте» Пресс-релиз компании Sion Power
  77. ^ "Sion Power обеспечивает производительность аккумуляторов нового поколения с помощью запатентованной технологии Licerion®". 2016-10-03 . Получено 4 октября 2016 г.
  78. ^ "Sion Power объявляет о запуске своей новаторской перезаряжаемой литиевой батареи Licerion, Sion Power". sionpower.com .
  79. ^ "Anesco и OXIS выпустят литий-серные аккумуляторные батареи к 2016 году" (пресс-релиз). OXIS Energy. 14 июля 2015 г. Получено 22 августа 2016 г.
  80. ^ "Аккумулятор OXIS питает беспилотный автомобиль для программы правительства Великобритании Smart City Gateway" (пресс-релиз). OXIS Energy. 22 февраля 2015 г. Архивировано из оригинала 29-04-2016 . Получено 22 августа 2016 г.
  81. ^ Пропп, К.; Маринеску, М.; Оже, DJ; и др. (12 августа 2016 г.). «Многотемпературная модель эквивалентной цепи разряда, зависящая от состояния, для литий-серных батарей». J. Power Sources . 328 : 289–299. Bibcode : 2016JPS...328..289P. doi : 10.1016/j.jpowsour.2016.07.090 . hdl : 10044/1/39221 .
  82. ^ "Литий-серные батареи впервые будут коммерциализированы к 2018 году в электровелосипедах, где плотность энергии будет улучшена для последующего использования в электромобилях". nextbigfuture.com . 2016-06-10 . Получено 2017-02-02 .
  83. ^ "OXIS Rack-Mounted Battery" (PDF) . OXIS Energy. Архивировано из оригинала (PDF) 26 августа 2018 г. . Получено 20 мая 2017 г. .
  84. ^ "Презентация технологии литий-серных аккумуляторов OXIS Energy". OXIS Energy. 2016-11-03 . Получено 20 мая 2017 г.
  85. ^ Скотт, Алекс (2021-06-26). "Oxis Energy подает заявление о банкротстве". Новости химии и машиностроения . Получено 2022-08-15 .
  86. ^ "Аккумулятор Sony продлит срок службы телефона на 40%". Nikkei Asian Review . 17 декабря 2015 г. Получено 22 августа 2016 г.
  87. ^ ««Самая эффективная в мире литий-серная батарея» готовится к запуску». The Engineer . 6 января 2020 г. . Получено 9 января 2020 г. .
  88. ^ Моррис, Джеймс. «Технология серных батарей может увеличить дальность полета электромобилей в три раза к 2024 году». Forbes . Получено 28 августа 2022 г.
  89. ^ «Zeta Energy: Обеспечение быстрой зарядки аккумуляторов с литий-металлической 3D-архитектурой и сульфированными углеродными катодами». Министерство энергетики США. 13 января 2023 г. Получено 28 сентября 2023 г.
  90. ^ Авалос, Джордж (14.06.2023). «Lyten запускает в Сан-Хосе опытное производство передовых аккумуляторов – Компания надеется, что литий-серные аккумуляторы могут произвести революцию в секторе». San Jose Mercury News .
  91. ^ "Американский стартап Lyten инвестирует более $1 млрд в завод литий-серных аккумуляторов в Неваде". Reuters. 15 октября 2024 г. Получено 16 октября 2024 г.

Внешние ссылки