Aperçu
Dans le domaine en plein développement du stockage d’énergie, la compétition entre Batterie au lithium-soufre (Li-S) et lithium-ion (Li-ion) les batteries ont attiré une grande attention, conduire l’exploration de solutions de nouvelle génération. Cet article vise à révéler le potentiel des deux en présentant leur chimie de base, caractéristiques de performance, et applications pratiques.
En approfondissant le paysage concurrentiel entre les batteries lithium-soufre et les batteries lithium-ion, notre objectif est de souligner l'impact potentiel que ces technologies peuvent avoir sur la refonte de l'industrie du stockage d'énergie..
Par exemple, le véhicule électrique (VE) l'industrie est sur le point de subir des changements importants, et les batteries au lithium-soufre occupent une position de leader.
Ces batteries électrochimiques innovantes devraient redéfinir l'avenir du marché du stockage d'énergie en offrant des avantages uniques par rapport aux batteries lithium-ion traditionnelles.. Dans cet article, nous explorerons les principaux avantages des batteries au lithium-soufre par rapport aux batteries lithium-ion, et comment ces progrès nous conduisent vers une utilisation plus propre et plus durable.
Table des matières
Qu'est-ce qu'une batterie au lithium-soufre?
Le soufre est peu coûteux et abondant en réserves, et existe en grande quantité sur Terre. Surtout dans le processus de raffinage du pétrole et du gaz naturel, de grandes quantités d’éléments soufrés jaunes s’accumulent souvent à l’extérieur des usines de combustibles fossiles.
Pour les scientifiques qui étudient comment les réactions chimiques génèrent de l'électricité, le soufre a toujours été considéré comme un matériau de stockage d’énergie très attractif. En effet, la combinaison du lithium et du soufre a le potentiel de créer une excellente batterie qui peut non seulement stocker plus d'énergie., mais est également plus rentable que les batteries lithium-ion actuellement utilisées dans certains scénarios.
La batterie au lithium-soufre est une batterie rechargeable qui utilise le lithium comme anode et le soufre comme cathode.. Comparé à d'autres batteries, les batteries au lithium-soufre sont connues pour leur densité énergétique élevée et leur faible potentiel de coût. Pendant le processus de décharge, les ions lithium dans l'anode réagissent avec le soufre dans la cathode pour générer du sulfure de lithium et libérer des électrons. Lors du chargement, ce processus sera inversé, permettant à la batterie d'être chargée et utilisée à plusieurs reprises.
Qu'est-ce qu'une batterie lithium-ion?
Les batteries lithium-ion sont également un type courant de batterie rechargeable..
Il stocke et libère de l'énergie grâce au mouvement des ions lithium entre l'anode et la cathode.. Pendant le processus de décharge, les ions lithium se déplacent de l'anode en graphite à travers l'électrolyte jusqu'à la cathode d'oxyde métallique généralement composée de cobalt, nickel, ou du manganèse, générer un courant électrique. Et pendant la charge, ce processus sera inversé.
Les batteries lithium-ion sont divisées en batteries lithium-ion à semi-conducteurs et batteries lithium-ion liquides en fonction de leur forme d'électrolyte.. Et sa composition chimique lithium-ion est différente, et il est divisé en plusieurs types de batteries.
Pour des informations détaillées sur les catégories, veuillez vous référer à cet article: 6 Types chimiques de batteries lithium-ion parmi lesquels vous pouvez choisir.
Les batteries lithium-ion sont très populaires en raison de leurs excellentes caractéristiques telles qu'une densité énergétique élevée., longue durée de vie, et relativement léger. Ils sont devenus le choix préféré des véhicules électriques (VE) batteries et une source d’énergie importante pour les équipements technologiques modernes et les véhicules de transport.
Batterie au lithium-soufre et batterie au lithium-ion ——Quelles sont les différences entre
Lorsque l'on compare les batteries au lithium-soufre et batteries lithium-ion, il y aura certaines différences dans différents aspects. La comparaison suivante est basée sur un examen approfondi de l'état actuel du développement technologique et des résultats de la recherche en cours..
Quels sont les avantages des batteries au lithium-soufre?
Densité énergétique plus élevée : La densité énergétique des batteries Li-S est nettement supérieure à celle des batteries lithium-ion, atteignant jusqu'à 500Wh/kg, soit environ cinq fois celui des batteries lithium-ion traditionnelles.
Plus économique : Comme mentionné plus tôt, la Terre possède d'abondantes réserves de soufre, ce qui rend le prix des matières premières soufrées très bas. Donc, à long terme, les batteries au lithium-soufre ont un potentiel de rentabilité plus élevé.
Bénéfice environnemental : Le soufre est un matériau non toxique, et les batteries au lithium-soufre sont plus respectueuses de l'environnement que les batteries au lithium qui peuvent utiliser des métaux lourds dans l'électrolyte..
Quels sont les inconvénients de la batterie au lithium-soufre?
Moins de cycles : Les polysulfures se dissoudront dans l'électrolyte, entraînant une diminution progressive de la capacité des batteries au lithium-soufre, ce qui entraîne une durée de vie relativement courte.
Mauvaise conductivité : La conductivité du soufre et de ses produits de rejet est mauvaise, des additifs conducteurs doivent donc être ajoutés pour améliorer la conductivité. Cela prendra de l'espace de conception, réduisant ainsi la densité énergétique globale de la batterie.
Expansion des volumes : Pendant le cycle de charge et de décharge, le volume de la batterie au lithium-soufre changera considérablement, jusqu'à un maximum de 80%. Ce changement de volume important peut entraîner une diminution des performances mécaniques de la batterie, affectant ainsi sa stabilité et sa durée de vie.
Quels sont les avantages des batteries lithium-ion?
Durée de vie plus longue : Les batteries au lithium-ion ont généralement une longue durée de vie et peuvent subir des milliers de cycles de charge et de décharge avant que leurs performances ne diminuent considérablement.. Les batteries au lithium-ion présentent une plus grande stabilité et fiabilité lors d'une utilisation à long terme.
Efficacité supérieure : L’efficacité coulombienne des batteries lithium-ion est très élevée, même jusqu'à 99%, ce qui signifie qu'il y a très peu de perte d'énergie pendant le processus de charge et de décharge. L'efficacité coulombienne élevée garantit que la conversion d'énergie des batteries lithium-ion est plus efficace pendant l'utilisation..
Tension stable : Les batteries au lithium-ion peuvent fournir une tension de décharge stable, ce qui est crucial pour le fonctionnement normal des appareils électroniques.
Une sortie de tension stable peut garantir des performances constantes de l'appareil pendant l'utilisation, éviter les anomalies fonctionnelles ou les dommages causés par les fluctuations de tension.
Quels sont les inconvénients des batteries lithium-ion?
Coût élevé : Les batteries lithium-ion sont relativement chères, principalement parce qu'elles utilisent des matériaux coûteux tels que le cobalt.. Cependant, les batteries lithium-ion actuelles sont gênées par un approvisionnement limité en nickel.
Le cobalt est aujourd’hui un autre composant clé des batteries lithium-ion, principalement produit en République Démocratique du Congo, où les mines de cobalt sont en proie à des problèmes de droits de l'homme. Des appels ont été lancés pour mettre fin à ce type d'exploitation minière.
Risques de sécurité : Si la batterie est endommagée ou mal chargée, cela peut augmenter le risque d'incendie en raison de l'inflammabilité de l'électrolyte. Les risques pour la sécurité des batteries lithium-ion sont beaucoup plus élevés que ceux des batteries au plomb, surtout par temps de température plus élevée.
Effet environnemental : Le lithium et le cobalt ont des impacts à la fois environnementaux et éthiques lors de l'extraction et de la transformation de ces deux éléments. Premièrement, ils peuvent causer des dommages à l'écosystème lors de l'exploitation minière, et deuxièmement, des produits chimiques nocifs peuvent être libérés pendant le traitement.
En outre, les conditions de travail impliquées peuvent ne pas être conformes aux normes internationales du travail, causant d’importants problèmes éthiques.
Batteries au lithium-soufre et batteries lithium-ion – comparaison complète
La densité énergétique théorique des batteries Li-S (500Wh/kg) est supérieur à celui des batteries lithium-ion (150-250Wh/kg), ce qui les rend plus puissants dans les applications nécessitant un stockage à haute énergie.
L’abondance et le faible coût du soufre peuvent rendre les batteries au lithium-soufre beaucoup moins chères que les batteries lithium-ion actuelles., et réduire la dépendance à l’égard des zones problématiques, les batteries au lithium-soufre sont donc généralement moins chères. En revanche, les batteries lithium-ion sont plus chères.
La durée de vie des batteries lithium-ion est relativement longue, dépassant généralement 1000 cycles. La dissolution des polysulfures de lithium et la dégradation des cathodes de soufre lors de cycles répétés de charge et de décharge entraînent une dégradation de la capacité., ce qui entraîne une durée de vie plus courte des batteries au lithium-soufre.
Les électrolytes des batteries au lithium-ion sont inflammables et peuvent présenter un danger. Le soufre n'est pas inflammable et a une faible toxicité. Après traitement technique, il peut toujours produire du soufre non toxique. Les batteries au lithium-soufre sont généralement considérées comme plus sûres et plus respectueuses de l'environnement..
Par rapport aux batteries lithium-ion, les batteries au lithium-soufre ont un taux d'auto-décharge inférieur, ce qui signifie qu'ils peuvent conserver l'énergie stockée pendant une période plus longue. En revanche, les batteries lithium-ion ont une durée de vie plus longue et une densité énergétique réelle plus élevée.
Par rapport aux batteries lithium-ion, la technologie des batteries au lithium-soufre en est encore aux premiers stades de développement. Surmonter les défis techniques liés à la stabilité de la cathode au soufre, compatibilité électrolytique, et les performances globales sont cruciales pour les applications généralisées.
Bien qu'encore au stade de la recherche et du développement, les batteries au lithium-soufre ont montré leur potentiel dans les applications nécessitant une densité énergétique plus élevée, tels que les véhicules électriques et le stockage d’énergie à l’échelle du réseau, avec des avantages en termes de légèreté et de rentabilité.
Comment faire le meilleur choix entre les batteries lithium-soufre et les batteries lithium-ion?
Le choix entre les batteries lithium-soufre et les batteries lithium-ion dépend des besoins spécifiques et des limites de votre application..
Par exemple, dans les exigences de candidature, compte tenu de la haute densité énergétique du produit: Les batteries Li-S pourraient être plus adaptées à des applications telles que les véhicules électriques ou l'aérospatiale, car une densité énergétique élevée est cruciale.
Si vous avez besoin de piles longue durée, comme l'électronique grand public ou le stockage sur réseau, alors les batteries lithium-ion sont un meilleur choix car elles ont une durée de vie plus longue.
Si le coût est la principale considération, puis comparé aux métaux utilisés dans les batteries lithium-ion, le soufre a un moindre coût, les batteries au lithium-soufre pourraient donc être plus attrayantes pour vous. En même temps, le coût total de possession, y compris le coût de remplacement de la batterie, il faut aussi considérer.
Si la priorité est donnée à la réduction de l’impact écologique et à la sécurité: pour les applications critiques en matière de sécurité telles que les dispositifs médicaux ou les appareils électroniques portables, les propriétés non combustibles du soufre dans les batteries au lithium-soufre présentent des avantages.
En outre, les batteries lithium-ion fournissent généralement une tension plus stable et un rendement plus élevé, ce qui les rend plus adaptés aux applications nécessitant une puissance de sortie stable. Pour les applications avec des exigences de charge élevées, comme les outils électriques ou les véhicules électriques, la robustesse et l'efficacité des batteries lithium-ion présentent des avantages significatifs.
Conclusion
En résumé, soufre de lithium (Li-S) fournit un produit de batterie attrayant pour les alternatives traditionnelles aux batteries lithium-ion en raison de son excellente densité énergétique, efficacité légère, réduction des coûts, et capacité de charge rapide. Par exemple, sur le marché des batteries comme les véhicules électriques, il présente également certains avantages dans ses propres batteries, qui devrait révolutionner le domaine des véhicules électriques.
Les perspectives du LiSB résident dans son impressionnante densité énergétique et dans son soufre – un matériau plus abondant et moins problématique par rapport aux métaux actuellement utilisés dans les LIB. Avec des progrès continus en recherche et développement dans ce domaine, les batteries au lithium-soufre avancent.
Les progrès de la technologie des batteries ont de plus en plus favorisé le potentiel des batteries Li-S en tant que système de stockage d'énergie haute performance.. Devenir un concurrent potentiel puissant sur le marché des batteries lithium-ion. Bien que certains problèmes importants liés aux batteries au lithium-soufre soient évidents, de nouvelles avancées technologiques ont été réalisées pour résoudre ces problèmes, tel que nanoporeux membranes et structures d'électrodes innovantes. Avec l’électrification actuelle de la société, la voie de développement de LiSB est claire: développer la recherche, surmonter les barrières technologiques, et élargir l'échelle de production pour entrer sur le marché de masse. On peut dire que la batterie au lithium-soufre a un avenir prometteur.
Questions fréquemment posées
Combien de temps les batteries au lithium-soufre peuvent-elles durer?
Les batteries Li-S peuvent généralement subir environ 300-500 cycles de décharge de charge, après quoi la capacité diminuera considérablement. Sa durée de vie est donc généralement plus courte que celle du lithium-ion (Li-ion) batteries. Ceci est principalement dû à la dissolution des polysulfures et à la perte de substances actives qui en résulte.. Maintenant, la principale direction de recherche porte également sur la manière d'améliorer la durée de vie des batteries au lithium-soufre.
La batterie au lithium-soufre est-elle inflammable?
Les batteries au lithium-soufre sont généralement considérées comme plus sûres et moins inflammables que les batteries lithium-ion.. En effet, le soufre n'est pas inflammable et a une réactivité inférieure à celle des oxydes métalliques utilisés dans les batteries lithium-ion..
Cependant, les électrolytes et autres matériaux utilisés dans la structure des batteries au lithium-soufre affectent toujours leur sécurité. Cela peut aussi se comprendre. Pour générer une réaction chimique, certaines conditions sont requises, et la réaction génère de l'énergie. Tant qu'il est utilisé raisonnablement, les risques peuvent être évités.
Les batteries au lithium-soufre peuvent-elles être commercialisées?
Bien sûr, mais actuellement, les batteries au lithium-soufre ne sont pas largement utilisées commercialement.
Bien que les batteries au lithium-soufre aient de grandes perspectives en raison de leur haute densité énergétique et de leurs avantages en termes de coûts, ils sont encore au stade de la recherche et du développement. Certaines entreprises ont déjà commencé à développer des produits commerciaux, mais il faudra encore un certain temps pour entrer officiellement sur le marché.
Le lithium-soufre à l'état solide est-il une batterie lithium-ion? Quelles sont leurs caractéristiques?
Lithium à l'état solide les batteries au soufre utilisent des électrolytes solides au lieu des électrolytes liquides que l'on trouve couramment dans les batteries lithium-ion.
On peut considérer que les batteries au lithium-soufre à l'état solide sont un type de batterie lithium-ion, bien que les batteries au lithium-soufre à semi-conducteurs ne soient pas les mêmes que les batteries lithium-ion traditionnelles. Mais dans la catégorie des piles au lithium, et ils ont des similitudes dans la technologie des batteries rechargeables.
Les batteries au lithium-soufre deviendront-elles la prochaine génération de batteries qui surpasseront les batteries lithium-ion ou même mieux?
L’un des principaux obstacles à la recherche est le mauvais cycle des batteries au lithium-soufre. La solution actuelle consiste à adopter des méthodes au niveau du matériau, électrode/électrolyte, et les niveaux d'intégration de la batterie pour transformer LSB de leader en véritable leader dans la poursuite “surpassant LIB”. Le marché estime que la commercialisation attendue du LSB au cours de la prochaine décennie, le “tendance liquide” sera progressivement remplacé par le “avenir à l'état solide”. Cela peut également résoudre le problème de la dégradation de la capacité provoquée par la dissolution des polysulfures dans l'électrolyte., ce qui peut affecter la durée de vie des batteries au lithium-soufre.
