stringtranslate.com

Литий-серная батарея

Литий -серная батарея (Li-S) — это разновидность аккумуляторной батареи . Он отличается высокой удельной энергией . [2] Низкий атомный вес лития и умеренный атомный вес серы означают , что Li-S батареи относительно легкие (примерно плотность воды). Они использовались в самом длинном и высотном полете беспилотного самолета на солнечной энергии (на тот момент) на корабле Zephyr 6 в августе 2008 года. [3]

Литий-серные батареи могут заменить литий-ионные элементы из-за их более высокой плотности энергии и более низкой стоимости. Это связано с двумя факторами. Во-первых, использование серы вместо менее энергоемких и более дорогих веществ, таких как соединения кобальта и/или железа, присутствующих в литий-ионных батареях . [2] [4] Во-вторых, использование металлического лития вместо интеркалирования ионов лития обеспечивает гораздо более высокую плотность энергии, поскольку для удержания «лития» требуется меньше веществ, и литий напрямую окисляется. [2] [4] [1] Литий-S-аккумуляторы обеспечивают удельную энергию порядка 550 Втч / кг , [1] в то время как литий-ионные батареи находятся в диапазоне 150–260 Втч/кг. [5]  

В 2017 году были продемонстрированы Li-S-аккумуляторы с выдержкой до 1500 циклов зарядки и разрядки [6] , но циклические испытания на срок службы в промышленном масштабе и с обедненным электролитом еще не завершены. По состоянию на начало 2021 года ни один из них не был коммерчески доступен.

Проблемы, которые замедлили принятие, включают эффект «челнока» полисульфида, 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, поэтому для использования вклада активной массы в емкость требуется дополнительная масса проводящего агента. [8] Расширение объема серного катода во время конверсии S в Li 2 S и большое количество необходимого электролита также являются проблемами. Однако в начале 2000-х годов ученые начали добиваться успехов в создании высокостабильных катодов из сероуглерода [9] , а к 2020 году ученые из Университета Райса продемонстрировали батареи на основе катодов из сероуглерода, которые сохраняли >70% своей емкости после 1000 циклов. . [10] К 2023 году техасский стартап Zeta Energy объявил, что несколько национальных лабораторий независимо подтвердили, что ее литий-серные батареи на основе катодов из сероуглерода не содержат полисульфидов. [11]

Конкурентные преимущества сульфурированных углеродных катодов (например, сульфурированного 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 челнок не содержит полисульфидов. Эта функция облегчает правильную работу в условиях бедного электролита (< 3 г (Ач) -1 ), что, как оказалось, чрезвычайно важно для реализации полного потенциала Li-S аккумуляторов. Исследователи предложили и проанализировали нетрадиционные подходы к дальнейшему повышению плотности энергии и срока службы, подчеркнув важность правильного электролита (т.е. стабильного, легкого и с высокой проводимостью Li + ). [12]

История

Литий-S-аккумуляторы были изобретены в 1960-х годах, когда Герберт и Улам запатентовали первичную батарею, в которой в качестве анодного материала используется литий или литиевые сплавы, в качестве катодного материала — сера, а в качестве катодного материала — 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 , в результате чего появилась батарея на 2,35–2,5 В. [15] К концу 1980-х годов была продемонстрирована перезаряжаемая Li-S батарея с использованием простых эфиров, в частности DOL , в качестве растворителя электролита. [16] [17]

В 2020 году Мантирам определил критические параметры, необходимые для достижения коммерческого признания. [18] [19] В частности, Li–S-аккумуляторы должны обеспечивать содержание серы >5 мг см -2 , содержание углерода <5%, соотношение электролита и серы <5 мкл мг -1 , электролит-1. отношение емкости к емкости <5 мкл (мА·ч) -1 и отношение отрицательной к положительной емкости <5 в ячейках пакетного типа. [18]

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

В 2022 году был представлен промежуточный слой, который, как утверждается, уменьшает движение полисульфида (защищая анод) и облегчает перенос ионов лития, сокращая время зарядки/разрядки. [21] Также в том же году исследователи использовали арамидные нановолокна (наноразмерные волокна кевлара ), сформированные в сети, подобные клеточным мембранам. Это предотвратило образование дендритов. Он обратился к полисульфидному шаттлу, используя селективность ионов, 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 разлагалась в течение 4000 циклов зарядки. Анализ показал, что батарея содержала моноклинную гамма-фазу серы, которая считалась нестабильной при температуре ниже 95 градусов по Цельсию, и лишь несколько исследований показали, что этот тип серы стабилен более 20–30 минут. [23]

В 2024 году исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего объявили об открытии нового кристаллического серо-йодного материала, который может резко увеличить электропроводность катода литий-серной батареи на 11 порядков, делая его в 100 миллиардов раз более проводящим, чем кристаллы, изготовленные из только сера. Более того, новый материал обладает свойствами самовосстановления, которые позволяют устранять повреждения, вызванные циклической перезарядкой, путем нагревания нового материала. [24]

Химия

Химические процессы в Li-S элементе включают растворение лития с поверхности анода (и включение в соли полисульфидов щелочных металлов ) во время разряда и обратное нанесение лития на анод 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 границы раздела твердое тело-электролит (SEI), создавая активные центры для зарождения и дендритного роста лития. Рост дендритов ответственен за внутреннее короткое замыкание в литиевых батареях и приводит к гибели самой батареи. [27]

катод

В батареях Li–S энергия запасается 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 Li 2 S. [29] Это контрастирует с обычными литий-ионными элементами, в которых 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 позволяет обеспечить гораздо более высокую плотность хранения лития. Полисульфиды восстанавливаются на поверхности катода последовательно во время разряда элемента:

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

В пористом диффузионном сепараторе на катоде по мере зарядки элемента 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 натриево-серной батарее .

Основными проблемами Li-S аккумуляторов являются низкая проводимость серы и значительное изменение ее объема при разрядке, поэтому поиск подходящего катода является первым шагом на пути коммерциализации Li-S аккумуляторов. [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 имеют более высокую стоимость. [34] В 2024 году исследователи объявили об открытии серо-йодного материала, который может резко увеличить электропроводность катода литий-серной батареи на 11 порядков, делая его в 100 миллиардов раз более проводящим, чем кристаллы, изготовленные только из серы. [24]  

Одна из проблем конструкции литий-сера заключается в том, что когда сера в катоде поглощает литий, происходит объемное расширение композиций Li x S, и прогнозируемое объемное расширение 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 литированных соединений серы сильно зависят от содержания лития, и с увеличением содержания лития прочность литированных соединений серы улучшается, хотя это приращение не является линейным с литированием. [37]

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

Полисульфидный «челнок»

Исторически сложилось так, что эффект «челнока» является основной причиной деградации Li–S батареи. [40] Полисульфид лития Li 2 S x (6≤x≤8) хорошо растворим [41] в обычных электролитах, используемых для Li–S-аккумуляторов. Они образуются, вытекают из катода и 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 постоянной утечке активного материала из катода, коррозии лития, низкому кулоновскому КПД и малому сроку службы батареи. [42] Более того, эффект «челнока» ответственен за характерный саморазряд Li–S аккумуляторов из-за медленного растворения полисульфида, которое происходит и в состоянии покоя. [40] Эффект «челнока» в Li–S аккумуляторе можно количественно оценить с помощью коэффициента f c (0<f c <1), который оценивается по расширению плато напряжения заряда. Коэффициент f c определяется выражением: [43]

где k s , q up , [S tot ] и I c соответственно кинетическая константа, удельная емкость, способствующая анодному плато, общая концентрация серы и ток заряда.

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

Его первоначальная емкость составляла 800 Ач/кг (классические LiCoO2/графитовые батареи имеют емкость элемента 100 Ач/кг). Он распадался очень медленно, в среднем 0,04% за каждый цикл, и сохранял 658 Ач/кг после 4000 циклов (82%). [44]

Электролит

Обычно в батареях Li-S используется жидкий органический электролит, содержащийся в порах полипропиленового сепаратора. [40] Электролит играет ключевую роль в Li–S батареях, действуя как на «челночный» эффект растворения полисульфида, так и на стабилизацию SEI на поверхности анода. Было продемонстрировано, что электролиты на основе органических карбонатов, обычно используемые в литий-ионных батареях (т.е. PC, EC , DEC и их смеси), несовместимы по химическому составу с Li-S батареями. [46] Полисульфиды с длинной цепью подвергаются нуклеофильной атаке на электрофильные участки карбонатов, что приводит к необратимому образованию побочных продуктов, таких как этанол , метанол , этиленгликоль и тиокарбонаты . В батареях Li-S обычно используются циклические эфиры (как DOL ) или эфиры с короткой цепью (как DME ), а также семейство эфиров гликоля, включая DEGDME и TEGDME . [47] Одним из распространенных электролитов является 1M LiTFSI в соотношении DOL:DME 1:1 об. с 1% диоксида LiNO 3 по весу в качестве добавки для пассивации поверхности лития. [47]

Безопасность

Из-за высокой потенциальной плотности 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 составов электролитов показали возможность продления срока службы до более чем 1000 циклов. [10] Одним из основных факторов, ограничивающих срок службы Li-S аккумуляторов, является растворение полисульфидов в электролите , что приводит к челночному эффекту и приводит к потере емкости с течением времени. [50] Рабочая температура и скорость цикла также играют важную роль в определении срока службы Li-S аккумуляторов. [51]

Исследовать

Коммерциализация

По состоянию на 2021 год лишь немногие компании смогли коммерциализировать эту технологию в промышленных масштабах. Такие компании, как Sion Power, заключили партнерские отношения с Airbus Defence and Space для тестирования своей технологии литий-серных батарей. Airbus Defence and Space успешно запустила свой прототип высотного псевдоспутникового самолета (HAPS), работающего от солнечной энергии днем ​​и от литий-серных батарей ночью в реальных условиях в течение 11-дневного полета. В батареях, использованных в испытательном полете, использовались литий-S элементы Sion Power, обеспечивающие мощность 350 Вт⋅ч/кг. [76] Первоначально компания Sion утверждала, что находится в процессе серийного производства и будет доступна к концу 2017 года; однако в последнее время можно увидеть, что они отказались от работы 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 эквивалентных сетей для своих ячеек. [81] Совместно с датской компанией Lithium Balance они создали прототип аккумуляторной системы для скутеров, в первую очередь для китайского рынка, которая имела емкость 1,2  кВтч с использованием  элементов с длительным сроком службы 10 Ач и весила на 60% меньше, чем свинцово-кислотные батареи, со значительным увеличением дальности действия. . [82]  Они также создали монтируемую в стойку батарею высотой 3U и мощностью 3000 Вт⋅ч, которая весила всего 25  кг и, как говорили, была полностью масштабируемой. [83] Они утверждали, что их литий-серные батареи при массовом производстве будут стоить около 200 долларов за кВтч. [84] Однако в мае 2021 года фирма вступила в статус банкротства (неплатежеспособности). [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 анонса в 2015 году. [86]

Факультет машиностроения и аэрокосмической техники Университета Монаша в Мельбурне, Австралия, разработал Li-S аккумулятор сверхвысокой емкости, который был изготовлен партнерами из Института материалов и лучевых технологий Фраунгофера в Германии. Утверждается, что батарея может обеспечивать питание смартфона в течение пяти дней. [87]

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

В январе 2023 года компания Zeta Energy из Хьюстона, штат Техас, получила 4 миллиона долларов от программы ARPA-E Министерства энергетики США на продвижение своих литий-серных батарей на основе катода из серосодержащего углерода и анода из вертикально ориентированных углеродных нанотрубок. [89]

В июне 2023 года компания Lyten из Сан-Хосе, штат Калифорния, запустила пилотную производственную линию по производству около 100 батарей в день. [90]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abcd «OXIS ENERGY НАСТРОЕН, ЧТОБЫ СДЕЛАТЬ ТВЕРДОСТАЮЩУЮ ТЕХНОЛОГИЮ ЛИТИЙ-СЕРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РЕАЛЬНОСТЬЮ» (pdf). 20 апреля 2021 г. Проверено 7 июня 2021 г.
  2. ^ abc Чжан, Шэн С (2013). «Литий-серная батарея с жидким электролитом: фундаментальная химия, проблемы и решения». Журнал источников энергии . 231 : 153–162. дои : 10.1016/j.jpowsour.2012.12.102.
  3. ^ Амос, Дж. (24 августа 2008 г.) «Самолет на солнечной энергии совершил рекордный полет» BBC News
  4. ^ аб Мантирам, Арумугам; Фу, Юнчжу; Су, Юй-Шэн (2013). «Проблемы и перспективы литий-серных батарей» (PDF) . Акк. хим. Рез . 46 (5): 1125–1134. дои : 10.1021/ar300179v. PMID  23095063. Архивировано из оригинала (PDF) 03 января 2020 г.
  5. ^ Автомобильные литий-ионные аккумуляторы: текущее состояние и перспективы на будущее (отчет). Министерство энергетики США. 01.01.2019. п. 26 . Проверено 15 марта 2021 г.
  6. ^ "Технология литий-серных аккумуляторов OXIS Energy" . Архивировано из оригинала 28 июня 2017 года.В 2017 году: «можно пройти цикл примерно 1500 раз… В ближайшие 2 года мы ожидаем, что это число достигнет 2500 циклов». В 2021 году: «В течение следующих двух лет мы стремимся удвоить текущий срок службы и достичь более 500 циклов».
  7. ^ Диао, Ян; Се, Кай; Сюн, Шичжао; Хун, Сяобинь (август 2013 г.). «Феномен челнока - механизм необратимого окисления сероактивного материала в Li-S аккумуляторе». Журнал источников энергии . 235 : 181–186. дои : 10.1016/j.jpowsour.2013.01.132.
  8. ^ Эфтехари, Али (2017). «Рост литий-селеновых батарей». Устойчивая энергетика и топливо . 1 : 14–29. дои : 10.1039/C6SE00094K.
  9. ^ Ван, Дж; Ян, Дж; Се, Дж; Сюй, Н. (2002). «Новый проводящий композитный катодный материал полимер-сера для литиевых перезаряжаемых батарей». Передовые материалы . 14 (13–14): 963–965. doi :10.1002/1521-4095(20020705)14:13/14<963::AID-ADMA963>3.0.CO;2-P.
  10. ^ аб Сальватьерра, Родриго V; Джеймс, Дастин К; Тур, Джеймс М. (2022). Гупта, Рам К. (ред.). Литий-серные батареи: материалы, проблемы и применение . Амстердам: Эльзевир. п. 241-270. ISBN 978-0-323-91934-0.
  11. ^ «Zeta Energy получает стороннее подтверждение того, что ее литий-серная батарея не содержит полисульфидов» . Новостная лента по связям с общественностью. 1 мая 2023 г. . Проверено 3 сентября 2023 г.
  12. ^ Аб Фан, Ан Л.; Ле, Фунг МЛ; Ван, Чуньшэн (май 2024 г.). «Реализация высокоэнергетических и долговечных аккумуляторов Li/SPAN». Джоуль . 8 (6): 1601–1618. дои : 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 компании Electric Tech Corp. 
  14. ^ Патент США 3532543, Нол, Доминик А. и Мосс, Владимир, «Батарея, использующая литий-серные электроды с неводным электролитом», выдан 6 октября 1970 г., передан Aerojet Rocketdyne Inc. 
  15. ^ Патент США 3413154, Мларур, Рао и Бхаскара, Лакшманар, «Ячейки с органическим электролитом», выдан 26 ноября 1968 г., передан компании Duracell Inc., США. 
  16. ^ Пелед, Э.; Горенштейн А.; Сигал, М.; Штернберг, Ю. (май 1989 г.). «Перезаряжаемая литий-серная батарея (расширенная реферат)». Журнал источников энергии . 26 (3–4): 269–271. Бибкод : 1989JPS....26..269P. дои : 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. Бибкод : 1989JElS..136.1621P. дои : 10.1149/1.2096981.
  18. ^ аб Бхаргав, Амрут; Цзяруй, Хэ (2020). «Литий-серные аккумуляторы: достижение критических показателей». Джоуль . 4 (2): 285–291. дои : 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 (13 сентября 2021 г.). «Литий-серная батарея, легированная сахаром, обещает увеличить емкость до 5 раз». Новый Атлас . Проверено 20 сентября 2021 г.
  21. ^ Лаварс, Ник (28 февраля 2022 г.). «Пористый слой аккумулятора приближает еженедельную зарядку электромобилей на шаг ближе». Новый Атлас . Проверено 01 марта 2022 г.
  22. ^ Лаварс, Ник (17 января 2022 г.). «Кевларовые волокна усиливают литий-серную батарею, увеличивая ее емкость в 5 раз по сравнению с литий-ионной». Новый Атлас . Проверено 7 апреля 2022 г.
  23. ^ Пай, Рахул (10 февраля 2022 г.). «Стабилизация гамма-серы при комнатной температуре для использования карбонатного электролита в Li-S батареях». Химия связи . 5 (1): 17. дои : 10.1038/s42004-022-00626-2 . ПМЦ 9814344 . PMID  36697747. S2CID  246704531. 
  24. ^ ab «Исцеляемый катод может раскрыть потенциал твердотельных литий-серных батарей». США, Сан-Диего сегодня . 6 марта 2024 г. Проверено 20 апреля 2024 г.
  25. ^ Тудрон, Ф.Б., Акридж, Дж.Р., и Пуглиси, В.Дж. (2004) «Литий-серные аккумуляторные батареи: характеристики, состояние развития и применимость для питания портативной электроники» (Тусон, Аризона: Sion Power)
  26. ^ Кумар, Рудра; Лю, Цзе; Хван, Чан Ён (2018). «Последние тенденции исследований Li – S-батарей». Журнал химии материалов А. 6 (25): 11582–11605. дои : 10.1039/C8TA01483C . Проверено 4 июля 2019 г.
  27. ^ Ульд Эли, Тейеб; Камзабек, Дана; Чакраборти, Дхритиман (29 мая 2018 г.). «Литий-серные батареи: современное состояние и направления развития». ACS Прикладные энергетические материалы . 1 (5): 1783–1814. дои : 10.1021/acsaem.7b00153.
  28. ^ Лин, Жан; Лян, Чэнду (2015). «Литий-серные батареи: от жидких к твердым элементам». Журнал химии материалов А. 3 (3): 18. дои : 10.1039/C4TA04727C. ОСТИ  1185628 . Проверено 4 июля 2019 г.
  29. ^ Сон, Мин-Кю; Кэрнс, Элтон Дж.; Чжан, Юган (2013). «Литий-серные батареи с высокой удельной энергией: старые вызовы и новые возможности». Наномасштаб . 5 (6): 2186–204. Бибкод : 2013Nanos...5.2186S. дои : 10.1039/c2nr33044j. ПМИД  23397572 . Проверено 4 июля 2019 г.
  30. ↑ Буллис, Кевин (22 мая 2009 г.). «Возвращаясь к литий-серным батареям». Обзор технологий . Архивировано из оригинала 15 апреля 2012 года . Проверено 12 августа 2016 г.
  31. ^ Эфтехари, А. (2017). «Катодные материалы для литий-серных батарей: практический взгляд». Журнал химии материалов А. 5 (34): 17734–17776. дои : 10.1039/C7TA00799J.
  32. ^ Чой, YJ; Ким, К.В. (2008). «Улучшение цикличности серного электрода для литий-серной батареи». Журнал сплавов и соединений . 449 (1–2): 313–316. doi : 10.1016/j.jallcom.2006.02.098.
  33. ^ Дж. А. Дин, изд. (1985). Справочник Ланге по химии (третье изд.). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. стр. 3–5. ISBN 978-0-07-016192-4.
  34. ^ Чой, YJ; Чунг, Ю.Д.; Бэк, Калифорния; Ким, КВ; Ан, Дж. Х. (4 марта 2008 г.). «Влияние углеродного покрытия на электрохимические свойства серного катода для литий-серных элементов». J. Источники питания . 184 (2): 548–552. Бибкод : 2008JPS...184..548C. дои : 10.1016/j.jpowsour.2008.02.053.
  35. ^ Ислам, Мэриленд Махбубул; Остадхосейн, Алиреза; Бородин Олег; Йейтс, А. Тодд; Типтон, Уильям В.; Хенниг, Ричард Г.; Кумар, Нитин; Дуин, фургон Адри CT (21 января 2015 г.). «Моделирование молекулярной динамики ReaxFF на литированных серных катодных материалах». Физ. хим. хим. Физ . 17 (5): 3383–3393. Бибкод : 2015PCCP...17.3383I. дои : 10.1039/c4cp04532g. ПМИД  25529209.
  36. ^ Брайан Додсон, «Новая литий-серная батарея удваивает плотность энергии литий-ионных», NewAtlas, 1 декабря 2013 г.
  37. ^ Ислам; и другие. (2015). «Моделирование молекулярной динамики ReaxFF на литированных серных катодных материалах». Физ. хим. хим. Физ . 17 (5): 3383–3393. Бибкод : 2015PCCP...17.3383I. дои : 10.1039/C4CP04532G. ПМИД  25529209.
  38. ^ Чон, СС; Лим, Ю.; Чой, Ю.Т.; Ким, КВ; Ан, HJ; Чо, К.К. (2006). «Электрохимические свойства литий-серных элементов с использованием полимерных электролитов ПЭО, приготовленных в трех различных условиях смешивания». J. Источники питания . 174 (2): 745–750. Бибкод : 2007JPS...174..745J. дои : 10.1016/j.jpowsour.2007.06.108.
  39. ^ Ислам, Мэриленд Махбубул; Брянцев Вячеслав С.; ван Дуин, Адри КТ (2014). «Моделирование поля реактивной силы ReaxFF на влияние тефлона на разложение электролита во время анодного разряда Li / SWCNT в литий-серных батареях» (PDF) . Журнал Электрохимического общества . 161 (8): E3009–E3014. дои : 10.1149/2.005408jes. S2CID  52235837. Архивировано из оригинала (PDF) 21 февраля 2019 г.
  40. ^ abc Мантирам, Арумугам; Фу, Юнчжу; Чунг, Шэн-Хенг; Цзу, Чэньси; Су, Юй-Шэн (10 декабря 2014 г.). «Перезаряжаемые литий-серные аккумуляторы». 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. п. 224. ИСБН 978-1-78801-080-1.Выдержка со страницы 224
  42. ^ Сон, Мин-Кю; Кэрнс, Элтон Дж.; Чжан, Юган (2013). «Литий-серные батареи с высокой удельной энергией: старые вызовы и новые возможности». Наномасштаб . 5 (6): 2186–204. Бибкод : 2013Nanos...5.2186S. дои : 10.1039/c2nr33044j. ISSN  2040-3364. ПМИД  23397572.
  43. ^ Михайлик, Юрий В.; Акридж, Джеймс Р. (2004). «Исследование полисульфидного челнока в системе литий-сульфидных аккумуляторов». Журнал Электрохимического общества . 151 (11): А1969. Бибкод : 2004JElS..151A1969M. дои : 10.1149/1.1806394 .
  44. ^ Аб Пай, Рахул; Сингх, Арвиндер; Тан, Морин Х.; Калра, Вибха (10 февраля 2022 г.). «Стабилизация гамма-серы при комнатной температуре для использования карбонатного электролита в Li-S батареях». Химия связи . 5 (1): 17. дои : 10.1038/s42004-022-00626-2 . ISSN  2399-3669. ПМЦ 9814344 . PMID  36697747. S2CID  246704531. 
  45. ^ Тао, Синьюн; Лю, Яюань; Лю, Вэй; Чжоу, Гуанминь; Чжао, Цзе; Линь, Динчан; Цзу, Чэньси; Шэн, Оувэй; 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. ПМИД  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. ^ аб Ширс, Йохан; Фантини, Себастьен; Йоханссон, Патрик (июнь 2014 г.). «Обзор электролитов для литий-серных аккумуляторов». Журнал источников энергии . 255 : 204–218. Бибкод : 2014JPS...255..204S. дои : 10.1016/j.jpowsour.2014.01.023.
  48. ^ Акридж, младший (октябрь 2001 г.) «Безопасность литий-серных аккумуляторных батарей» Продукты и технологии для питания аккумуляторов
  49. ↑ Тренто, Чин (27 декабря 2023 г.). «Литий-серные батареи против литий-ионных батарей: сравнительный анализ». Стэнфордские продвинутые материалы . Проверено 11 июля 2024 г.
  50. ^ Ю, Линхуэй; Онг, Сэмюэл (2021). «Важность растворения полисульфидов в литий-серных батареях и перспективы разработки высокоэнергетического электролита / катода». Электрохимика Акта . 392 . doi :10.1016/j.electacta.2021.139013. hdl : 10356/155660 .
  51. ^ Лю, Ю; Ван, Т (2023). «Проблемы и решения для низкотемпературных литий-серных батарей: обзор». Материалы (Базель) . 16 (12): 4359. дои : 10.3390/ma16124359 . ПМЦ 10302741 . ПМИД  37374546. 
  52. ^ аб Сюлей Цзи, Кю Тэ Ли и Линда Ф. Назар. (17 мая 2009 г.) «Высокоупорядоченный наноструктурированный углеродно-серный катод для литий-серных батарей». Природные материалы
  53. ^ Гуанъюань, Чжэн; Юань Ян; Джуди Дж. Ча ; Сын Саэ Хон; И Цуй (14 сентября 2011 г.). «Серные катоды, инкапсулированные из полых углеродных нановолокон, для литиевых аккумуляторных батарей высокой удельной емкости» (PDF) . Нано-буквы . 11 (10): 4462–4467. Бибкод : 2011NanoL..11.4462Z. дои : 10.1021/nl2027684. ПМИД  21916442.
  54. ↑ Келлер, Сара Джейн (4 октября 2011 г.). «Сера в полых нановолокнах решает проблемы проектирования литий-ионных батарей». Стэнфордские новости . Стэндфордский Университет . Проверено 18 февраля 2012 г.
  55. ^ Розенберг, Сара; Хинтеннах (1 апреля 2014 г.). «Литий-серные микроэлектроды для Li/S-аккумуляторов, напечатанные лазером». Российский журнал электрохимии . 50 (4): 327–335. дои : 10.1134/S1023193514040065. S2CID  97154966.
  56. ^ Ванденберг, Аврелий; Хинтеннах (1 апреля 2014 г.). «Новый подход к проектированию литий-серных батарей». Российский журнал электрохимии . 50 (4): 317–326. дои : 10.1134/S102319351306013X. S2CID  96826100.
  57. ^ «Исследователи увеличивают срок службы литий-серных батарей» . Gizmag.com. 4 апреля 2013 года . Проверено 4 декабря 2013 г.
  58. ^ Чунг, WJ; Грибель, Джей-Джей; Ким, ET; Юн, Х.; Симмондс, АГ; Джи, HJ; Дирлам, ПТ; Стекло, РС; Ви, Джей-Джей; Нгуен, Северная Каролина; Гуральник, BW; Парк, Дж.; Сомоги, А. Д.; Теато, П.; Маккей, Мэн; Сун, Ю.Е.; Чар, К.; Пьюн, Дж. (2013). «Использование элементарной серы в качестве альтернативного сырья для полимерных материалов». Природная химия . 5 (6): 518–524. Бибкод : 2013NatCh...5..518C. дои : 10.1038/nchem.1624. ПМИД  23695634.
  59. ^ Кэрил Ричардс (16 апреля 2013 г.). «Радикальный подход к превращению серы в полимеры».
  60. ^ Национальная ускорительная лаборатория SLAC (6 сообщений) (08 января 2013 г.). «Мировой рекорд производительности батареи достигнут с помощью яйцеобразных наноструктур». ЧистаяТехника . Проверено 11 июня 2013 г.{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  61. ^ Вэй Се, З.; Ли, В.; Ча, Джей-Джей; Чжэн, Г.; Ян, Ю.; Макдауэлл, Монтана; Сюй, ПК; Куи, Ю. (2013). «Наноархитектура сера-TiO2 желток-скорлупа с внутренним пустым пространством для литий-серных батарей длительного цикла». Природные коммуникации . 4 : 1331. Бибкод : 2013NatCo...4.1331W. дои : 10.1038/ncomms2327 . ПМИД  23299881.
  62. ^ Лин, З; Лю, З; Фу, Вт; Дадни, Нью-Джерси ; Лян, К. (2013). «Полисульфидофосфаты лития: семейство литийпроводящих богатых серой соединений для литий-серных батарей» (PDF) . Angewandte Chemie, международное издание . 52 (29): 7460–7463. дои : 10.1002/anie.201300680. PMID  23737078. S2CID  37368147. Архивировано из оригинала (PDF) 10 сентября 2016 г.
  63. ^ Лин, З.; Лю, З.; Фу, В.; Дадни, Нью-Джерси ; Лян, К. (2013). «Полисульфидофосфаты лития: семейство литийпроводящих соединений с высоким содержанием серы для литий-серных батарей» (PDF) . Angewandte Chemie, международное издание . 52 (29): 7460–7463. дои : 10.1002/anie.201300680. PMID  23737078. S2CID  37368147. Архивировано из оригинала (PDF) 10 сентября 2016 г.
  64. ^ «Полностью твердые литий-серные батареи хранят в четыре раза больше энергии, чем литий-ионные». NewAtlas.com. 7 июня 2013 года . Проверено 13 июня 2013 г.
  65. ^ «Новая литий-серная батарея удваивает плотность энергии литий-ионной» . NewAtlas.com. 2 декабря 2013 года . Проверено 4 декабря 2013 г.
  66. ↑ Лаварс, Ник (20 февраля 2014 г.). «Гибридный анод в четыре раза увеличивает срок службы литий-серных батарей» . Проверено 22 августа 2016 г.
  67. ^ "Запах серы" . Экономист . 3 января 2015 года . Проверено 22 августа 2016 г.
  68. ^ «Компания по производству литий-ионных аккумуляторов OXIS Energy сообщает о 300 Вт⋅ч/кг и 25 А⋅ч, прогнозируя 33 А⋅ч к середине 2015 года и 500 Вт⋅ч/кг к концу 2018 года». Конгресс зеленых автомобилей. 12 ноября 2014 года . Проверено 22 августа 2016 г.
  69. ^ Нгуен, Д.-Т.; Хефлинг, А.; Да, М.; Нгуен, ТГГ; Теато, П.; Ли, YJ; Сонг, С.-В. (2019). «Создание высокоскоростной и безопасной литий-ионно-серной батареи за счет эффективного сочетания катода из сополимера серы и твердоуглеродного 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; Ченг, Синь-Бин; Чжан, Цян (01 октября 2014 г.). «Иерархические отдельно стоящие бумажные электроды из углеродных нанотрубок со сверхвысокой загрузкой серы для литий-серных батарей» (PDF) . Передовые функциональные материалы . 24 (39): 6105–6112. doi : 10.1002/adfm.201401501. ISSN  1616-3028. S2CID  97124341. Архивировано из оригинала (PDF) 3 января 2020 г.
  71. ^ Нилон, Шон (3 марта 2015 г.). «Стеклянное покрытие для повышения производительности аккумулятора». НИОКР . Архивировано из оригинала 7 марта 2015 г. Проверено 22 августа 2016 г.
  72. ↑ Нилон, Шон (2 марта 2015 г.). «Стеклянное покрытие улучшает работу аккумулятора». физ.орг . Проверено 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; Чой, Ик-Хён; Ким, Мин-Джу; Ким, Бён Гон; Ли, Ю-Джин; Чхве, Хе Ён; Ким, Духун; Ким, ТэЁн; Бэг, Кан Джун; Пак, Джун Ву (май 2022 г.). «Мультимодальный захват полисульфидов легированными фосфором углеродными композитами для гибких литий-серных батарей высокой плотности энергии». Маленький . 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 Sion Power обеспечивают питание высотных псевдоспутниковых полетов» Пресс-релиз компании Sion Power
  77. ^ «Sion Power обеспечивает производительность аккумуляторов нового поколения благодаря запатентованной технологии Licerion®» . 03.10.2016 . Проверено 4 октября 2016 г.
  78. ^ «Sion Power объявляет о выпуске своей революционной литиевой аккумуляторной батареи Licerion, Sion Power» . sionpower.com .
  79. ^ «Anesco и OXIS выпустят литий-серные аккумуляторы к 2016 году» (пресс-релиз). ОКСИС Энерджи. 14 июля 2015 года . Проверено 22 августа 2016 г.
  80. ^ «Батарея OXIS питает беспилотный автомобиль для программы правительства Великобритании Smart City Gateway» (пресс-релиз). ОКСИС Энерджи. 22 февраля 2015 г. Архивировано из оригинала 29 апреля 2016 г. Проверено 22 августа 2016 г.
  81. ^ Пропп, К.; Маринеску, М.; Оже, диджей; и другие. (12 августа 2016 г.). «Модель разряда эквивалентной схемы в зависимости от температуры для литий-серных батарей». J. Источники питания . 328 : 289–299. Бибкод : 2016JPS...328..289P. дои : 10.1016/j.jpowsour.2016.07.090 . hdl : 10044/1/39221 .
  82. ^ «Литий-серные батареи будут впервые коммерциализированы в электрических велосипедах к 2018 году, где плотность энергии будет улучшена для возможного использования в электромобилях» . nextbigfuture.com . 10.06.2016 . Проверено 2 февраля 2017 г.
  83. ^ «Аккумулятор OXIS, монтируемый в стойку» (PDF) . ОКСИС Энерджи. Архивировано из оригинала (PDF) 26 августа 2018 года . Проверено 20 мая 2017 г.
  84. ^ «Презентация технологии литий-серных аккумуляторов OXIS Energy» . ОКСИС Энерджи. 03.11.2016 . Проверено 20 мая 2017 г.
  85. ^ Скотт, Алекс (26 июня 2021 г.). «Oxis Energy объявляет о банкротстве» . Новости химии и техники . Проверено 15 августа 2022 г.
  86. ^ «Аккумулятор Sony продлит срок службы телефона на 40%» . Азиатский обзор Nikkei . 17 декабря 2015 года . Проверено 22 августа 2016 г.
  87. ^ «Выпуск «самой эффективной в мире литий-серной батареи»» . Инженер . 6 января 2020 г. . Проверено 9 января 2020 г.
  88. ^ Моррис, Джеймс. «Технология серных батарей может заставить электромобили продвинуться в три раза к 2024 году». Форбс . Проверено 28 августа 2022 г.
  89. ^ «Zeta Energy: обеспечение быстрой зарядки аккумуляторов с помощью трехмерной литий-металлической архитектуры и катодов из сероуглерода» . Министерство энергетики США. 13 января 2023 г. . Проверено 28 сентября 2023 г.
  90. ^ Авалос, Джордж (14 июня 2023 г.). «Lyten запускает в Сан-Хосе пилотное производство новейших батарей. Компания надеется, что литий-серные батареи смогут произвести революцию в отрасли». Сан-Хосе Меркьюри Ньюс .

Внешние ссылки