Обзор
В быстро развивающейся области хранения энергии, конкуренция между Литий-серная батарея (Ли-С) и литий-ионный (Литий-ионный) батареи привлекли большое внимание, стимулирование поиска решений следующего поколения. Цель этой статьи — раскрыть потенциал обоих, продемонстрировав их базовую химию., ТТХ, и практическое применение.
Углубляясь в конкурентную среду между литий-серными и литий-ионными батареями., мы стремимся подчеркнуть потенциальное влияние, которое эти технологии могут оказать на изменение отрасли хранения энергии..
Например, электромобиль (ЕВ) индустрию ждут существенные изменения, и литий-серные батареи занимают лидирующие позиции.
Ожидается, что эти инновационные электрохимические батареи изменят будущее рынка хранения энергии, предоставив уникальные преимущества по сравнению с традиционными литий-ионными батареями.. В этой статье, мы рассмотрим основные преимущества литий-серных батарей по сравнению с литий-ионными батареями., и как эти достижения ведут нас к более чистому и устойчивому использованию.
Оглавление
Что такое литий-серный аккумулятор?
Сера недорога и ее много в запасах., и существует в большом количестве на Земле. Особенно в процессе переработки нефти и природного газа., большое количество желтых сернистых элементов часто накапливается за пределами заводов по производству ископаемого топлива..
Для учёных, изучающих, как химические реакции производят электричество., сера всегда считалась очень привлекательным материалом для хранения энергии.. Это связано с тем, что сочетание лития и серы может создать превосходную батарею, которая сможет не только хранить больше энергии., но также более рентабельно, чем литий-ионные батареи, используемые в настоящее время в некоторых сценариях..
Литий-серная батарея — это перезаряжаемая батарея, в которой литий используется в качестве анода, а сера — в качестве катода.. По сравнению с другими батареями, Литий-серные батареи известны своей высокой плотностью энергии и низкой стоимостью.. В процессе выписки, ионы лития на аноде реагируют с серой на катоде, образуя сульфид лития и высвобождая электроны.. При зарядке, этот процесс будет обращен вспять, возможность многократной зарядки и использования аккумулятора.
Что такое литий-ионный аккумулятор?
Литий-ионные аккумуляторы также являются распространенным типом перезаряжаемых батарей..
Он сохраняет и высвобождает энергию за счет движения ионов лития между анодом и катодом.. В процессе выписки, ионы лития перемещаются от графитового анода через электролит к металлооксидному катоду, обычно состоящему из кобальта., никель, или марганец, генерирование электрического тока. И во время зарядки, этот процесс будет обращен вспять.
Литий-ионные аккумуляторы делятся на твердотельные литий-ионные аккумуляторы и жидкие литий-ионные аккумуляторы в зависимости от формы электролита.. И его литий-ионный химический состав отличается, и он разделен на множество типов батарей.
Подробную информацию по категориям, пожалуйста, обратитесь к этой статье: 6 Химические типы литий-ионных аккумуляторов, которые вы можете выбрать.
Литий-ионные аккумуляторы широко популярны благодаря своим превосходным характеристикам, таким как высокая плотность энергии., длительный цикл жизни, и относительно легкий вес. Они стали предпочтительным выбором для электромобилей. (ЕВ) аккумуляторы и важный источник энергии для современного технологического оборудования и транспортных средств..
Литий-серная батарея и литий-ионная батарея. Каковы различия между
При сравнении литий-серных батарей и литий-ионные аккумуляторы, будут определенные различия в разных аспектах. Следующее сравнение основано на всестороннем рассмотрении текущего состояния технологического развития и текущих результатов исследований..
В чем преимущества литий-серных аккумуляторов?
Более высокая плотность энергии : Плотность энергии Li-S аккумуляторов значительно выше, чем у литий-ионных аккумуляторов., достигая 500 Втч/кг, что примерно в пять раз больше, чем у традиционных литий-ионных батарей..
Более экономичный : Как упоминалось ранее, Земля имеет богатые запасы серы, что делает цену на серное сырье очень низкой. Поэтому, в долгосрочной перспективе, Литий-серные батареи имеют более высокий потенциал экономической эффективности.
Экологическая выгода : Сера – нетоксичный материал., и литий-серные батареи более экологичны, чем литиевые батареи, в электролите которых могут использоваться тяжелые металлы..
Каковы недостатки литий-серных аккумуляторов??
Меньшее количество циклов : Полисульфиды растворяются в электролите., что приводит к постепенному снижению емкости литий-серных батарей., что приводит к относительно короткому сроку службы.
Плохая проводимость : Проводимость серы и продуктов ее выделения плохая., поэтому для улучшения проводимости необходимо добавлять проводящие добавки.. Это займет некоторое пространство для дизайна., тем самым уменьшая общую плотность энергии батареи.
Расширение объема : Во время цикла зарядки и разрядки, объем литий-серной батареи значительно изменится, до максимума 80%. Такое значительное изменение объема может привести к снижению механических характеристик аккумулятора., тем самым влияя на его стабильность и срок службы..
В чем преимущества литий-ионных аккумуляторов?
Более длительный срок службы : Литий-ионные аккумуляторы обычно имеют длительный срок службы и могут подвергаться тысячам циклов зарядки-разрядки, прежде чем их производительность значительно снизится.. Литий-ионные аккумуляторы демонстрируют большую стабильность и надежность при длительном использовании..
Более высокая эффективность : Кулоновский КПД литий-ионных аккумуляторов очень высок., даже до 99%, это означает, что потери энергии в процессе зарядки и разрядки очень малы.. Высокий кулоновский КПД обеспечивает более эффективное преобразование энергии литий-ионных батарей во время использования..
Стабильное напряжение : Литий-ионные аккумуляторы могут обеспечивать стабильное напряжение разряда., что имеет решающее значение для нормальной работы электронных устройств.
Стабильное выходное напряжение может обеспечить стабильную работу устройства во время использования., избежание функциональных нарушений или повреждений, вызванных колебаниями напряжения.
Какие недостатки у литий-ионных аккумуляторов?
Высокая стоимость : Литий-ионные аккумуляторы относительно дороги, главным образом потому, что в них используются дорогие материалы, такие как кобальт.. Однако, нынешним литий-ионным батареям мешает ограниченное предложение никеля.
Кобальт сегодня является еще одним ключевым компонентом литий-ионных аккумуляторов., в основном производится в Демократической Республике Конго, где кобальтовые рудники страдают от проблем с правами человека. Раздавались призывы прекратить такую добычу полезных ископаемых..
Риски безопасности : Если аккумулятор поврежден или неправильно заряжен, это может увеличить риск возгорания из-за воспламеняемости электролита.. Риски безопасности литий-ионных аккумуляторов намного выше, чем свинцово-кислотных аккумуляторов., особенно в условиях более высокой температуры.
Экологический эффект : Литий и кобальт оказывают как экологическое, так и этическое воздействие при добыче и переработке этих двух элементов.. Во-первых, они могут нанести ущерб экосистеме во время добычи полезных ископаемых, и во-вторых, во время обработки могут выделяться вредные химические вещества.
Кроме того, соответствующие условия труда могут не соответствовать международным трудовым стандартам, вызывая серьезные этические проблемы.
Литий-серные батареи и литий-ионные батареи – комплексное сравнение
Теоретическая плотность энергии Li-S аккумуляторов (500Втч/кг) выше, чем у литий-ионных аккумуляторов (150-250Втч/кг), что делает их более мощными в приложениях, требующих хранения высокой энергии..
Обилие и низкая стоимость серы могут сделать литий-серные батареи намного дешевле нынешних литий-ионных аккумуляторов., и снизить зависимость от проблемных областей, поэтому литий-серные батареи обычно дешевле. В отличие, литий-ионные аккумуляторы дороже.
Срок службы литий-ионных аккумуляторов относительно велик., обычно превышает 1000 циклы. Растворение полисульфидов лития и разрушение серных катодов во время повторяющихся циклов зарядки и разрядки приводят к снижению емкости., что приводит к сокращению срока службы литий-серных батарей..
Электролиты литий-ионных аккумуляторов легко воспламеняются и могут представлять опасность.. Сера негорюча и малотоксична.. После технической обработки, он все еще может производить нетоксичную серу. Литий-серные батареи обычно считаются более безопасными и экологически чистыми..
По сравнению с литий-ионными аккумуляторами, Литий-серные батареи имеют более низкую скорость саморазряда., это означает, что они могут сохранять накопленную энергию в течение более длительного периода времени.. В отличие, Литий-ионные аккумуляторы имеют более длительный срок службы и более высокую фактическую плотность энергии..
По сравнению с литий-ионными аккумуляторами, Технология литий-серных аккумуляторов все еще находится на ранних стадиях разработки.. Преодоление технических проблем, связанных со стабильностью катода серы, совместимость электролитов, и общая производительность имеет решающее значение для широко распространенных приложений..
Хотя все еще находится на стадии исследований и разработок., Литий-серные батареи показали потенциал в приложениях, требующих более высокой плотности энергии., такие как электромобили и накопители энергии в масштабе сети., с преимуществами в легком весе и экономической эффективности.
Как сделать лучший выбор между литий-серными и литий-ионными батареями?
Выбор между литий-серными и литий-ионными батареями зависит от конкретных потребностей и ограничений вашего применения..
Например, в требованиях к приложению, учитывая высокую энергетическую плотность продукта: Li-S аккумуляторы могут быть более подходящими для таких применений, как электромобили или аэрокосмическая промышленность., поскольку высокая плотность энергии имеет решающее значение.
Если вам нужны долговечные аккумуляторы, например, бытовая электроника или сетевое хранилище, тогда литий-ионные аккумуляторы являются лучшим выбором, поскольку они имеют более длительный срок службы..
Если стоимость является главным фактором, затем по сравнению с металлами, используемыми в литий-ионных батареях, сера имеет более низкую стоимость, поэтому литий-серные батареи могут быть для вас более привлекательными.. В то же время, общая стоимость владения, включая стоимость замены аккумулятора, также необходимо учитывать.
Если приоритет отдается снижению экологического воздействия и безопасности: для приложений, критически важных для безопасности, таких как медицинское оборудование или портативные электронные устройства, негорючие свойства серы в литий-серных батареях имеют преимущества.
Кроме того, литий-ионные аккумуляторы обычно обеспечивают более стабильное напряжение и более высокую эффективность., что делает их более подходящими для приложений, требующих стабильной выходной мощности. Для применений с высокими требованиями к нагрузке, например, электроинструменты или электромобили, надежность и эффективность литий-ионных аккумуляторов имеют значительные преимущества.
Заключение
В итоге, литиевая сера (Ли-С) представляет собой привлекательный аккумулятор для традиционных альтернатив литий-ионным батареям благодаря своей превосходной плотности энергии., легкий КПД, снижение затрат, и возможность быстрой зарядки. Например, на рынке аккумуляторов, таких как электромобили, у него также есть определенные преимущества в собственных батареях, который, как ожидается, произведет революцию в области электромобилей..
Перспективы LiSB заключаются в его впечатляющей энергетической плотности и наличии серы. – более распространенный и менее проблемный материал по сравнению с металлами, которые в настоящее время используются в ЛИА.. Благодаря постоянному прогрессу в исследованиях и разработках в этой области, Литий-серные батареи движутся вперед.
Развитие аккумуляторных технологий все больше способствует раскрытию потенциала Li-S аккумуляторов как высокопроизводительной системы хранения энергии.. Стать потенциальным сильным конкурентом на рынке литий-ионных аккумуляторов.. Хотя некоторые существенные проблемы с литий-серными батареями очевидны., новые технологические достижения были достигнуты в решении этих проблем, такой как нанопористый мембраны и инновационные структуры электродов. При нынешней электрификации общества, путь развития LiSB ясен: развитие исследований, преодоление технологических барьеров, и расширение масштабов производства для выхода на массовый рынок. Можно сказать, что у литий-серной батареи многообещающее будущее..
Часто задаваемые вопросы
Как долго могут работать литий-серные батареи?
Li-S аккумуляторы обычно могут подвергаться воздействию около 300-500 циклы заряд-разряд, после чего емкость значительно уменьшится. Поэтому срок его службы обычно короче, чем у литий-ионных. (Литий-ионный) батарейки. Это происходит главным образом из-за растворения полисульфидов и, как следствие, потери активных веществ.. В настоящий момент, Основное направление исследований также заключается в том, как увеличить срок службы литий-серных батарей..
Является ли литий-серная батарея легковоспламеняющейся??
Литий-серные батареи обычно считаются более безопасными и менее пожароопасными, чем литий-ионные батареи.. Это связано с тем, что сера негорюча и имеет более низкую реакционную способность, чем оксиды металлов, используемые в литий-ионных батареях..
Однако, электролиты и другие материалы, используемые в конструкции литий-серных батарей, по-прежнему влияют на их безопасность. Это тоже можно понять. Чтобы вызвать химическую реакцию, необходимы определенные условия, и реакция генерирует энергию. Пока он используется разумно, рисков можно избежать.
Можно ли коммерциализировать литий-серные батареи?
Конечно, но в настоящее время литий-серные батареи не получили широкого коммерческого применения..
Хотя литий-серные аккумуляторы имеют большие перспективы благодаря высокой плотности энергии и ценовому преимуществу., они все еще находятся на стадии исследований и разработок. Некоторые компании уже приступили к разработке коммерческих продуктов., но для официального выхода на рынок все равно потребуется некоторое время.
Является ли твердотельная литий-серная батарея литий-ионной батареей?? Каковы их характеристики?
Твердотельный литий В серных батареях используются твердые электролиты вместо жидких электролитов, обычно встречающихся в литий-ионных батареях..
Можно считать, что твердотельные литий-серные аккумуляторы представляют собой разновидность литий-ионных аккумуляторов., хотя твердотельные литий-серные батареи — это не то же самое, что традиционные литий-ионные батареи.. А вот в категории литиевых батарей, и у них есть сходство в технологии перезаряжаемых батарей..
Станут ли литий-серные батареи следующим поколением батарей, которые превзойдут литий-ионные батареи или даже превзойдут их??
Одним из основных узких мест в исследованиях является плохая цикличность литиевые серные батареи. Текущее решение состоит в том, чтобы принять методы на уровне материала., электрод/электролит, и уровни интеграции аккумуляторов, чтобы превратить LSB из лидера в настоящего лидера в достижении “превосходя LIB”. Рынок полагает, что в ближайшее десятилетие ожидается коммерциализация LSB., тот “ликвидный тренд” постепенно будет заменен на “твердотельное будущее”. Это также может решить проблему снижения емкости, вызванную растворением полисульфидов в электролите., что может повлиять на срок службы литий-серных батарей.
