Yleiskatsaus
Nopeasti kehittyvällä energian varastoinnin alalla, välinen kilpailu Litium rikki akku (Liiat) ja litium-ioni (Li-ioni) akut ovat herättäneet suurta huomiota, edistää seuraavan sukupolven ratkaisujen etsimistä. Tämän artikkelin tarkoituksena on paljastaa molempien mahdollisuudet esittelemällä niiden peruskemia, suorituskykyominaisuudet, ja käytännön sovelluksia.
Tutkimalla litiumrikkiakkujen ja litiumioniakkujen välistä kilpailua, Pyrimme korostamaan näiden teknologioiden mahdollista vaikutusta energian varastointiteollisuuden uudistamiseen.
Esimerkiksi, sähköauto (EV) teollisuus on kokemassa merkittäviä muutoksia, ja litiumrikkiakut ovat johtavassa asemassa.
Näiden innovatiivisten sähkökemiallisten akkujen odotetaan määrittelevän uudelleen energian varastointimarkkinoiden tulevaisuuden tarjoamalla ainutlaatuisia etuja perinteisiin litiumioniakkuihin verrattuna.. Tässä artikkelissa, tutkimme litiumrikkiakkujen tärkeimpiä etuja litiumioniakkuihin verrattuna, ja kuinka nämä edistysaskeleet johtavat meidät kohti puhtaampaa ja kestävämpää käyttöä.
Mikä on litium-rikkiakku?
Rikki on edullista ja sitä on runsaasti, ja sitä esiintyy suuria määriä maan päällä. Erityisesti öljyn ja maakaasun jalostusprosessissa, suuria määriä keltaisia rikkielementtejä kerääntyy usein fossiilisten polttoaineiden laitosten ulkopuolelle.
Tutkijoille, jotka tutkivat kuinka kemialliset reaktiot tuottavat sähköä, rikkiä on aina pidetty erittäin houkuttelevana energian varastointimateriaalina. Tämä johtuu siitä, että litiumin ja rikin yhdistelmällä on mahdollisuus luoda erinomainen akku, joka ei voi vain varastoida enemmän energiaa, mutta se on myös kustannustehokkaampi kuin joissakin skenaarioissa tällä hetkellä käytetyt litiumioniakut.
Litium rikkiakku on ladattava akku, joka käyttää litiumia anodina ja rikkiä katodina. Verrattuna muihin akkuihin, Litium-rikkiakut tunnetaan korkeasta energiatiheydestä ja alhaisesta kustannuspotentiaalistaan. Purkamisprosessin aikana, anodin litiumionit reagoivat katodissa olevan rikin kanssa muodostaen litiumsulfidia ja vapauttaen elektroneja. Kun lataus, tämä prosessi kääntyy päinvastaiseksi, mahdollistaa akun toistuvan lataamisen ja käytön.
Mikä on litiumioniakku?
Litiumioniakut ovat myös yleinen ladattava akkutyyppi.
Se varastoi ja vapauttaa energiaa litiumionien liikkeen kautta anodin ja katodin välillä. Purkamisprosessin aikana, litiumionit siirtyvät grafiittianodista elektrolyytin kautta metallioksidikatodille, joka koostuu tyypillisesti koboltista, nikkeli, tai mangaania, sähkövirran tuottaminen. Ja latauksen aikana, tämä prosessi kääntyy päinvastaiseksi.
Litiumioniakut jaetaan elektrolyyttimuodonsa perusteella solid-state-litiumioniakkuihin ja nestemäisiin litiumioniakkuihin. Ja sen litiumionikemiallinen koostumus on erilainen, ja se on jaettu useisiin akkutyyppeihin.
Tarkempia tietoja luokista, katso tämä artikkeli: 6 Kemialliset litiumioniparistot, joista voit valita.
Litiumioniakut ovat laajalti suosittuja erinomaisten itseominaisuuksiensa, kuten korkean energiatiheyden, ansiosta, pitkä syklin käyttöikä, ja suhteellisen kevyt. Niistä on tullut suosituin vaihtoehto sähköautoille (EV) akkuja ja tärkeä virtalähde nykyaikaisen teknologian laitteille ja kuljetusvälineille.
Litium rikkiakku vs litiumioniakku - Mitä eroja on
Kun verrataan litiumrikkiakkuja ja litiumioniakut, eri näkökulmissa on tiettyjä eroja. Seuraava vertailu perustuu kattavaan teknologian nykytilanteen ja käynnissä olevien tutkimustulosten tarkasteluun.
Mitkä ovat litiumrikkiakkujen edut?
Korkeampi energiatiheys : Li-S-akkujen energiatiheys on huomattavasti suurempi kuin litiumioniakkujen, jopa 500 Wh/kg, mikä on noin viisi kertaa perinteisiin litiumioniakkuihin verrattuna.
Taloudellisempi : Kuten aiemmin mainittu, Maapallolla on runsaasti rikkivarantoja, mikä tekee rikkiraaka-aineiden hinnasta erittäin alhaisen. Siksi, pitkällä aikavälillä, litiumrikkiakuilla on korkeampi kustannustehokkuuspotentiaali.
Ympäristöhyöty : Rikki on myrkytön materiaali, ja litiumrikkiakut ovat ympäristöystävällisempiä kuin litiumakut, jotka saattavat käyttää raskasmetalleja elektrolyytissä.
Mitkä ovat litiumrikkiakun haitat?
Vähemmän syklien määrää : Polysulfidit liukenevat elektrolyyttiin, aiheuttaa litiumrikkiakkujen kapasiteetin asteittaisen heikkenemisen, tuloksena suhteellisen lyhyt syklin käyttöikä.
Huono johtavuus : Rikin ja sen purkaustuotteiden johtavuus on huono, joten johtavia lisäaineita on lisättävä johtavuuden parantamiseksi. Tämä vie jonkin verran suunnittelutilaa, mikä vähentää akun kokonaisenergiatiheyttä.
Volyymin laajennus : Lataus- ja purkujakson aikana, litiumrikkiakun tilavuus muuttuu merkittävästi, enintään 80%. Tämä merkittävä tilavuuden muutos voi johtaa akun mekaanisen suorituskyvyn heikkenemiseen, mikä vaikuttaa sen vakauteen ja käyttöikään.
Mitkä ovat litiumioniakkujen edut?
Pidempi käyttöikä : Litiumioniakuilla on tyypillisesti pitkä käyttöikä ja ne voivat läpikäydä tuhansia lataussyklejä ennen kuin niiden suorituskyky heikkenee merkittävästi. Litiumioniakut osoittavat parempaa vakautta ja luotettavuutta pitkäaikaisessa käytössä.
Korkeampi tehokkuus : Litiumioniakkujen coulombinen hyötysuhde on erittäin korkea, jopa asti 99%, mikä tarkoittaa, että latauksen ja purkamisen aikana on hyvin vähän energian hävikkiä. Korkea coulombinen hyötysuhde varmistaa, että litiumioniakkujen energian muunto on tehokkaampaa käytön aikana.
Vakaa jännite : Litiumioniakut voivat tarjota vakaan purkausjännitteen, mikä on ratkaisevan tärkeää elektronisten laitteiden normaalille toiminnalle.
Vakaa jännitelähtö voi varmistaa laitteen tasaisen toiminnan käytön aikana, välttää toiminnallisia poikkeavuuksia tai jännitteen vaihteluiden aiheuttamia vaurioita.
Mitkä ovat litiumioniakkujen haitat?
Hintava : Litiumioniakut ovat suhteellisen kalliita pääasiassa siksi, että niissä käytetään kalliita materiaaleja, kuten kobolttia. kuitenkin, rajoitettu nikkelin saanti haittaa nykyisiä litiumioniakkuja.
Koboltti on toinen litiumioniakkujen keskeinen komponentti nykyään, valmistetaan pääasiassa Kongon demokraattisessa tasavallassa, jossa kobolttikaivoksia vaivaavat ihmisoikeuskysymykset. Tällaisen louhinnan lopettamiseksi on pyydetty.
Turvallisuusriskit : Jos akku on vaurioitunut tai ladattu väärin, se voi lisätä tulipalon vaaraa elektrolyytin syttyvyyden vuoksi. Litiumioniakkujen turvallisuusriskit ovat paljon suuremmat kuin lyijyakkujen, varsinkin korkeammalla lämpötilalla.
Ympäristövaikutus : Litiumilla ja koboltilla on sekä ympäristö- että eettisiä vaikutuksia näiden kahden alkuaineen louhinnan ja käsittelyn aikana. Ensinnäkin, ne voivat vahingoittaa ekosysteemiä louhinnan aikana, ja toiseksi, käsittelyn aikana saattaa vapautua haitallisia kemikaaleja.
Lisäksi, työehdot eivät välttämättä ole kansainvälisten työnormien mukaisia, aiheuttaa merkittäviä eettisiä ongelmia.
Litium rikkiakut ja litiumioniakut – kattava vertailu
Li-S-akkujen teoreettinen energiatiheys (500Wh/kg) on korkeampi kuin litiumioniakuissa (150-250Wh/kg), mikä tekee niistä tehokkaampia sovelluksissa, jotka vaativat paljon energiaa.
Rikin runsaus ja alhainen hinta voivat tehdä litiumrikkiakuista paljon halvempia kuin nykyiset litiumioniakut, ja vähentää riippuvuutta ongelma-alueista, joten litiumrikkiakut ovat yleensä halvempia. Verrattuna, litiumioniakut ovat kalliimpia.
Litiumioniakkujen käyttöikä on suhteellisen pitkä, yleensä ylittää 1000 syklit. Litiumpolysulfidien liukeneminen ja rikkikatodien hajoaminen toistuvien lataus- ja purkujaksojen aikana johtaa kapasiteetin heikkenemiseen, mikä lyhentää litiumrikkiakkujen käyttöikää.
Litiumioniakkujen elektrolyytit ovat syttyviä ja voivat aiheuttaa vaaran. Rikki ei ole syttyvää ja sen myrkyllisyys on alhainen. Teknisen käsittelyn jälkeen, se voi silti tuottaa myrkytöntä rikkiä. Litiumrikkiakkuja pidetään yleisesti turvallisempina ja ympäristöystävällisempinä.
Verrattuna litium-ioni-akkuihin, litiumrikkiakkujen itsepurkautumisnopeus on pienempi, mikä tarkoittaa, että ne voivat säilyttää varastoitunutta energiaa pidemmän aikaa. Verrattuna, Litiumioniakuilla on pidempi käyttöikä ja suurempi todellinen energiatiheys.
Verrattuna litiumioniakkuihin, Litium rikkiakkuteknologia on vielä kehitysvaiheessa. Rikkikatodin stabiilisuuteen liittyvien teknisten haasteiden voittaminen, elektrolyyttiyhteensopivuus, ja yleinen suorituskyky on ratkaisevan tärkeää laajalle levinneille sovelluksille.
Vaikka vielä tutkimus- ja kehitysvaiheessa, litiumrikkiakut ovat osoittaneet potentiaalia sovelluksissa, jotka vaativat suurempaa energiatiheyttä, kuten sähköajoneuvot ja verkon mittakaavan energian varastointi, joiden etuja ovat keveys ja kustannustehokkuus.
Kuinka tehdä paras valinta litiumrikkiakkujen ja litiumioniakkujen välillä?
Valinta litiumrikkiakkujen ja litiumioniakkujen välillä riippuu sovelluksesi erityistarpeista ja rajoituksista.
Esimerkiksi, hakemusvaatimuksissa, ottaen huomioon tuotteen korkea energiatiheys: Li-S-akut voivat soveltua paremmin sovelluksiin, kuten sähköajoneuvoihin tai ilmailukäyttöön, koska korkea energiatiheys on ratkaisevan tärkeää.
Jos tarvitset pitkäkestoisia paristoja, kuten kulutuselektroniikka tai verkkotallennus, silloin litiumioniakut ovat parempi valinta, koska niiden käyttöikä on pidempi.
Jos hinta on tärkein huomioitava, sitten verrattuna litiumioniakuissa käytettyihin metalleihin, rikillä on alhaisemmat kustannukset, joten litiumrikkiakut voivat olla houkuttelevampia sinulle. Samaan aikaan, kokonaisomistuskustannukset, mukaan lukien akun vaihtokustannukset, on myös otettava huomioon.
Jos etusijalle asetetaan ekologisten vaikutusten ja turvallisuuden vähentäminen: turvallisuuden kannalta kriittisiin sovelluksiin, kuten lääketieteellisiin laitteisiin tai kannettaviin elektronisiin laitteisiin, rikin palamattomilla ominaisuuksilla litiumrikkiakuissa on etuja.
Lisäksi, litiumioniakut tarjoavat tyypillisesti vakaamman jännitteen ja suuremman hyötysuhteen, tekee niistä sopivampia sovelluksiin, jotka vaativat vakaata tehoa. Sovelluksiin, joissa kuormitusvaatimukset ovat korkeat, kuten sähkötyökalut tai sähköajoneuvot, litiumioniakkujen kestävyydellä ja tehokkuudella on merkittäviä etuja.
Johtopäätös
Yhteenvetona, litium rikki (Liiat) tarjoaa houkuttelevan akkutuotteen perinteisille litiumioniakkuvaihtoehdoille erinomaisen energiatiheytensä ansiosta, kevyt tehokkuus, kustannusten vähentäminen, ja nopea latausmahdollisuus. Esimerkiksi, akkumarkkinoilla, kuten sähköajoneuvoissa, sillä on myös tiettyjä etuja omissa akuissaan, jonka odotetaan mullistavan sähköajoneuvojen alan.
LiSB:n tulevaisuudennäkymiä ovat sen vaikuttava energiatiheys ja rikki – runsaampi ja vähemmän ongelmallinen materiaali verrattuna nykyisin LIB:issä käytettyihin metalleihin.. Jatkuvalla tutkimuksella ja kehityksellä tällä alalla, litium-rikkiakut etenevät.
Akkuteknologian kehitys on suosinut Li-S-akkujen mahdollisuuksia tehokkaana energian varastointijärjestelmänä.. Tulee potentiaalinen vahva kilpailija litiumioniakkumarkkinoilla. Vaikka joitakin merkittäviä ongelmia litiumrikkiakkujen kanssa on ilmeisiä, näiden ongelmien ratkaisemiseksi on saavutettu uusia teknisiä saavutuksia, kuten nanohuokoinen kalvot ja innovatiiviset elektrodirakenteet. Nykyisen yhteiskunnan sähköistymisen myötä, LiSB:n kehityspolku on selvä: tutkimuksen kehittämiseen, teknisten esteiden voittamiseksi, ja laajentamalla tuotantoa päästäkseen massamarkkinoille. Voidaan sanoa, että litiumrikkiakulla on lupaava tulevaisuus.
Usein Kysytyt Kysymykset
Kuinka kauan litiumrikkiakut kestävät?
Li-S-akut voivat tyypillisesti kestää noin 300-500 latauspurkausjaksot, jonka jälkeen kapasiteetti laskee merkittävästi. Joten sen käyttöikä on yleensä lyhyempi kuin litium-ionin (Li-ioni) paristot. Tämä johtuu pääasiassa polysulfidien liukenemisesta ja siitä johtuvasta vaikuttavien aineiden häviämisestä. Nykyisessä, tutkimuksen pääsuunta on myös litiumrikkiakkujen käyttöiän parantaminen.
Onko litiumrikkiakku syttyvä?
Litiumakkuja pidetään yleensä turvallisempana ja vähemmän syttyvänä kuin litiumioniakut. Tämä johtuu siitä, että rikki ei ole syttyvää ja sen reaktiivisuus on alhaisempi kuin litiumioniakuissa käytetyt metallioksidit.
kuitenkin, litiumrikkiakkujen rakenteessa käytetyt elektrolyytit ja muut materiaalit vaikuttavat edelleen niiden turvallisuuteen. Tämän voi myös ymmärtää. Kemiallisen reaktion aikaansaamiseksi, tietyt ehdot vaaditaan, ja reaktio tuottaa energiaa. Kunhan sitä käytetään järkevästi, riskejä voidaan välttää.
Voidaanko litiumrikkiakkuja kaupallistaa?
Varma, mutta tällä hetkellä litiumrikkiakkuja ei ole käytetty laajasti kaupallisesti.
Vaikka litiumakuilla on suuret näkymät korkean energiatiheyden ja kustannusetujen vuoksi, ne ovat vielä tutkimus- ja kehitysvaiheessa. Jotkut yritykset ovat jo alkaneet kehittää kaupallisia tuotteita, mutta virallisesti markkinoille tulo kestää vielä jonkin aikaa.
Onko solid-state litium rikki litiumioniakku? Mitkä ovat niiden ominaisuudet?
Kiinteän olomuodon litium rikkiakut käyttävät kiinteitä elektrolyyttejä litiumioniakuissa yleisesti esiintyvien nestemäisten elektrolyyttien sijaan.
Voidaan katsoa, että solid-state litium-rikkiakut ovat eräänlainen litiumioniakku, vaikka solid-state litium-rikkiakut eivät ole samoja kuin perinteiset litiumioniakut. Mutta litiumakkujen luokassa, ja niillä on yhtäläisyyksiä ladattavien akkujen teknologiassa.
Tuleeko litiumrikkiakuista seuraavan sukupolven akkuja, jotka ylittävät litiumioniakut tai jopa parempia??
Yksi tutkimuksen suurimmista pullonkauloista on huono pyöräily litiumrikkiakut. Nykyinen ratkaisu on omaksua menetelmät materiaalissa, elektrodi/elektrolyytti, ja akun integrointitasot, jotka muuttavat LSB:n johtajasta todelliseksi johtajaksi "LIB:n ylittämisessä". Markkinat uskovat, että LSB:n odotettavissa kaupallistamisessa seuraavan vuosikymmenen aikana, "nestemäinen trendi" korvataan vähitellen "kiinteän olomuodon tulevaisuudella". Tämä voi myös ratkaista kapasiteetin heikkenemisongelman, jonka aiheuttaa polysulfidien liukeneminen elektrolyyttiin, mikä voi vaikuttaa litiumrikkiakkujen käyttöikään.
