Översikt
Inom det snabbt växande området energilagring, konkurrensen mellan Litiumsvavelbatteri (Li-S) och litiumjon (Li-jon) batterier har väckt stor uppmärksamhet, driver utforskningen av nästa generations lösningar. Den här artikeln syftar till att avslöja potentialen hos båda genom att visa upp deras grundläggande kemi, prestandaegenskaper, och praktiska tillämpningar.
Genom att fördjupa sig i det konkurrensutsatta landskapet mellan litiumsvavelbatterier och litiumjonbatterier, vi strävar efter att betona den potentiella inverkan som dessa teknologier kan ha på omformningen av energilagringsindustrin.
Till exempel, elfordonet (EV) industrin är på väg att genomgå betydande förändringar, och litiumsvavelbatterier har en ledande position.
Dessa innovativa elektrokemiska batterier förväntas omdefiniera framtiden för energilagringsmarknaden genom att ge unika fördelar jämfört med traditionella litiumjonbatterier. I den här artikeln, vi kommer att utforska de viktigaste fördelarna med litiumsvavelbatterier jämfört med litiumjonbatterier, och hur dessa framsteg leder oss mot renare och mer hållbar användning.
Innehållsförteckning
Vad är ett litiumsvavelbatteri?
Svavel är billigt och rikligt i reserver, och finns i stora mängder på jorden. Särskilt i processen att raffinera olja och naturgas, stora mängder gula svavelämnen ackumuleras ofta utanför fossilbränsleanläggningar.
För forskare som studerar hur kemiska reaktioner genererar elektricitet, svavel har alltid ansetts vara ett mycket attraktivt energilagringsmaterial. Detta beror på att kombinationen av litium och svavel har potential att skapa ett utmärkt batteri som inte bara kan lagra mer energi, men är också mer kostnadseffektiv än litiumjonbatterier som för närvarande används i vissa scenarier.
Litiumsvavelbatteri är ett uppladdningsbart batteri som använder litium som anod och svavel som katod. Jämfört med andra batterier, litiumsvavelbatterier är kända för sin höga energitäthet och låga kostnadspotential. Under utskrivningsprocessen, litiumjoner i anoden reagerar med svavel i katoden för att generera litiumsulfid och frigöra elektroner. Vid laddning, denna process kommer att vändas, så att batteriet kan laddas och användas upprepade gånger.
Vad är ett litiumjonbatteri?
Litiumjonbatterier är också en vanlig typ av uppladdningsbara batterier.
Den lagrar och frigör energi genom rörelsen av litiumjoner mellan anoden och katoden. Under utskrivningsprocessen, litiumjoner rör sig från grafitanoden genom elektrolyten till metalloxidkatoden som vanligtvis består av kobolt, nickel, eller mangan, genererar en elektrisk ström. Och under laddning, denna process kommer att vändas.
Litiumjonbatterier delas in i solid-state litiumjonbatterier och flytande litiumjonbatterier baserat på deras elektrolytform. Och dess kemiska sammansättning av litiumjoner är annorlunda, och den är uppdelad i många typer av batterier.
För detaljerad information om kategorier, hänvisa till den här artikeln: 6 Kemiska typer av litiumjonbatterier som du kan välja mellan.
Litiumjonbatterier är mycket populära på grund av deras utmärkta självegenskaper som hög energitäthet, lång livslängd, och relativt låg vikt. De har blivit det föredragna valet för elfordon (EV) batterier och en viktig kraftkälla för modern teknikutrustning och transportfordon.
Litiumsvavelbatteri vs litiumjonbatteri ——Vilka är skillnaderna mellan
När man jämför litiumsvavelbatterier och litiumjonbatterier, det kommer att finnas vissa skillnader i olika aspekter. Följande jämförelse är baserad på en omfattande övervägande av det aktuella läget för teknisk utveckling och pågående forskningsresultat.
Vilka är fördelarna med litiumsvavelbatterier?
Högre energitäthet : Energitätheten för Li-S-batterier är betydligt högre än för litiumjonbatterier, nå upp till 500Wh/kg, vilket är ungefär fem gånger så mycket som traditionella litiumjonbatterier.
Mer ekonomiskt : Som nämnts tidigare, jorden har rikliga svavelreserver, vilket gör priset på svavelråvaror mycket lågt. Därför, i det långa loppet, litiumsvavelbatterier har högre kostnadseffektivitetspotential.
Miljönytta : Svavel är ett giftfritt material, och litiumsvavelbatterier är mer miljövänliga än litiumbatterier som kan använda tungmetaller i elektrolyten.
Vilka är nackdelarna med litiumsvavelbatteri?
Mindre antal cykler : Polysulfider kommer att lösas upp i elektrolyten, vilket gör att kapaciteten hos litiumsvavelbatterier gradvis minskar, vilket resulterar i en relativt kort livslängd.
Dålig ledningsförmåga : Konduktiviteten hos svavel och dess utsläppsprodukter är dålig, så ledande tillsatser måste tillsättas för att förbättra ledningsförmågan. Detta kommer att ta upp lite designutrymme, därigenom minskar batteriets totala energitäthet.
Volymökning : Under cykeln av laddning och urladdning, volymen av litiumsvavelbatteriet kommer att förändras avsevärt, upp till högst 80%. Denna betydande volymförändring kan leda till en minskning av batteriets mekaniska prestanda, vilket påverkar dess stabilitet och livslängd.
Vilka är fördelarna med litiumjonbatterier?
Längre livslängd : Litiumjonbatterier har vanligtvis en lång livslängd och kan genomgå tusentals laddningsurladdningscykler innan deras prestanda minskar avsevärt. Litiumjonbatterier uppvisar större stabilitet och tillförlitlighet vid långvarig användning.
Högre effektivitet : Coulombic effektiviteten hos litiumjonbatterier är mycket hög, till och med upp till 99%, vilket innebär att det blir mycket liten energiförlust under laddning och urladdning. Den höga Coulombic-effektiviteten säkerställer att energiomvandlingen av litiumjonbatterier är mer effektiv under användning.
Stabil spänning : Litiumjonbatterier kan ge stabil urladdningsspänning, vilket är avgörande för normal drift av elektroniska enheter.
En stabil spänningsutgång kan säkerställa enhetlig prestanda för enheten under användning, undvika funktionella avvikelser eller skador orsakade av spänningsfluktuationer.
Vilka är nackdelarna med litiumjonbatterier?
Hög kostnad : Litiumjonbatterier är relativt dyra främst för att de använder dyra material som kobolt. dock, nuvarande litiumjonbatterier hindras av begränsad nickeltillförsel.
Kobolt är en annan nyckelkomponent i litiumjonbatterier idag, huvudsakligen tillverkad i Demokratiska republiken Kongo, där koboltgruvor plågas av människorättsfrågor. Det har förekommit uppmaningar om att stoppa sådan gruvdrift.
Säkerhetsrisker : Om batteriet är skadat eller felaktigt laddat, det kan öka brandrisken på grund av elektrolytens brännbarhet. Säkerhetsriskerna med litiumjonbatterier är mycket högre än blybatterier, speciellt vid högre temperaturer.
Miljöeffekt : Litium och kobolt har både miljömässiga och etiska effekter under utvinning och bearbetning av dessa två element. För det första, de kan orsaka skador på ekosystemet under gruvdrift, och för det andra, skadliga kemikalier kan frigöras under bearbetningen.
Dessutom, de berörda arbetsvillkoren kanske inte överensstämmer med internationella arbetsnormer, orsakar betydande etiska problem.
Litiumsvavelbatterier och litiumjonbatterier – omfattande jämförelse
Den teoretiska energitätheten för Li-S-batterier (500Wh/kg) är högre än för litiumjonbatterier (150-250Wh/kg), vilket gör dem mer kraftfulla i applikationer som kräver högenergilagring.
Överflödet och den låga kostnaden för svavel kan göra litiumsvavelbatterier mycket billigare än nuvarande litiumjonbatterier, och minska beroendet av problematiska områden, så litiumsvavelbatterier är vanligtvis billigare. Däremot, litiumjonbatterier är dyrare.
Livslängden för litiumjonbatterier är relativt lång, vanligtvis överstiger 1000 cykler. Upplösningen av litiumpolysulfider och nedbrytningen av svavelkatoder under upprepade laddnings- och urladdningscykler leder till kapacitetsförsämring, vilket resulterar i en kortare livslängd för litiumsvavelbatterier.
Litiumjonbatteriets elektrolyter är brandfarliga och kan utgöra en fara. Svavel är inte brandfarligt och har låg toxicitet. Efter teknisk behandling, det kan fortfarande producera giftfritt svavel. Litiumsvavelbatterier anses generellt vara säkrare och mer miljövänliga.
Jämfört med litiumjonbatterier, litiumsvavelbatterier har en lägre självurladdningshastighet, vilket innebär att de kan behålla lagrad energi under en längre tid. Däremot, litiumjonbatterier har längre livslängd och högre faktisk energitäthet.
Jämfört med litiumjonbatterier, litiumsvavelbatteritekniken är fortfarande i ett tidigt skede av utvecklingen. Att övervinna tekniska utmaningar relaterade till svavelkatodstabilitet, elektrolytkompatibilitet, och övergripande prestanda är avgörande för utbredda tillämpningar.
Även om det fortfarande är på forsknings- och utvecklingsstadiet, litiumsvavelbatterier har visat potential i tillämpningar som kräver högre energitäthet, såsom elfordon och energilagring i nätskala, med fördelar i låg vikt och kostnadseffektivitet.
Hur man gör det bästa valet mellan litiumsvavelbatterier och litiumjonbatterier?
Valet mellan litiumsvavelbatterier och litiumjonbatterier beror på de specifika behoven och begränsningarna för din applikation.
Till exempel, i applikationskrav, med tanke på produktens höga energitäthet: Li-S-batterier kan vara mer lämpade för applikationer som elfordon eller flyg, eftersom hög energitäthet är avgörande.
Om du behöver långvariga batterier, som hemelektronik eller nätlagring, då är litiumjonbatterier ett bättre val eftersom de har längre livslängd.
Om kostnaden är den viktigaste faktorn, sedan jämfört med metallerna som används i litiumjonbatterier, svavel har en lägre kostnad, så litiumsvavelbatterier kan vara mer attraktiva för dig. På samma gång, den totala ägandekostnaden, inklusive kostnaden för batteribyte, måste också beaktas.
Om man prioriterar minskad ekologisk påverkan och säkerhet: för säkerhetskritiska applikationer som medicinsk utrustning eller bärbar elektronisk utrustning, de icke brännbara egenskaperna hos svavel i litiumsvavelbatterier har fördelar.
Dessutom, Litiumjonbatterier ger vanligtvis mer stabil spänning och högre effektivitet, vilket gör dem mer lämpade för applikationer som kräver stabil effekt. För applikationer med höga belastningskrav, såsom elverktyg eller elfordon, robustheten och effektiviteten hos litiumjonbatterier har betydande fördelar.
Slutsats
Sammanfattningsvis, litiumsvavel (Li-S) ger en attraktiv batteriprodukt för traditionella litiumjonbatterier på grund av dess utmärkta energitäthet, lättviktseffektivitet, kostnadsminskning, och snabbladdningskapacitet. Till exempel, på batterimarknaden såsom elfordon, den har också vissa fördelar i sina egna batterier, som förväntas revolutionera elbilsområdet.
Utsikterna för LiSB ligger i dess imponerande energitäthet och svavel – ett rikligare och mindre problematiskt material jämfört med de metaller som för närvarande används i LIB. Med kontinuerliga framsteg inom forskning och utveckling inom detta område, litiumsvavelbatterier går framåt.
Batteriteknikens framsteg har i allt högre grad gynnat potentialen hos Li-S-batterier som ett högpresterande energilagringssystem. Att bli en potentiell stark konkurrent på marknaden för litiumjonbatterier. Även om några betydande problem med litiumsvavelbatterier är uppenbara, nya tekniska landvinningar har gjorts för att ta itu med dessa problem, såsom nanoporösa membran och innovativa elektrodstrukturer. Med dagens elektrifiering av samhället, utvecklingsvägen för LiSB är tydlig: utveckla forskning, övervinna tekniska barriärer, och utöka produktionsskalan för att komma in på massmarknaden. Man kan säga att litiumsvavelbatteri har en lovande framtid.
Vanliga frågor
Hur länge kan litiumsvavelbatterier hålla?
Li-S-batterier kan vanligtvis genomgå ca 300-500 laddningsurladdningscykler, varefter kapaciteten kommer att minska avsevärt. Så dess livslängd är vanligtvis kortare än för litiumjon (Li-jon) batterier. Detta beror främst på upplösningen av polysulfider och den resulterande förlusten av aktiva substanser. För närvarande, den huvudsakliga forskningsinriktningen är också hur man kan förbättra livslängden för litiumsvavelbatterier.
Är litiumsvavelbatteri brandfarligt?
Litiumsvavelbatterier anses generellt vara säkrare och mindre brandfarliga än litiumjonbatterier. Detta beror på att svavel inte är brandfarligt och har lägre reaktivitet än de metalloxider som används i litiumjonbatterier.
dock, elektrolyterna och andra material som används i strukturen hos litiumsvavelbatterier påverkar fortfarande deras säkerhet. Detta kan också förstås. För att generera en kemisk reaktion, vissa villkor krävs, och reaktionen genererar energi. Så länge det används rimligt, risker kan undvikas.
Kan litiumsvavelbatterier kommersialiseras?
Säker, men för närvarande har litiumsvavelbatterier inte använts i stor utsträckning kommersiellt.
Även om litiumsvavelbatterier har stora möjligheter på grund av sin höga energitäthet och kostnadsfördelar, de är fortfarande på forsknings- och utvecklingsstadiet. Vissa företag har redan börjat utveckla kommersiella produkter, men det kommer fortfarande att ta lite tid att officiellt komma in på marknaden.
Är solid state litiumsvavel ett litiumjonbatteri? Vilka är deras egenskaper?
Litium i fast tillstånd svavelbatterier använder fasta elektrolyter istället för flytande elektrolyter som vanligtvis finns i litiumjonbatterier.
Det kan anses att solid-state litium-svavelbatterier är en typ av litiumjonbatteri, även om solid-state litium-svavelbatterier inte är samma sak som traditionella litiumjonbatterier. Men i kategorin litiumbatterier, och de har likheter i laddningsbart batteriteknik.
Kommer litiumsvavelbatterier att bli nästa generations batterier som överträffar litiumjonbatterier eller ännu bättre?
En av de främsta flaskhalsarna i forskningen är den dåliga cyklingen av litiumsvavelbatterier. Den nuvarande lösningen är att använda metoder vid materialet, elektrod/elektrolyt, och batteriintegreringsnivåer för att förvandla LSB från en ledare till en verklig ledare i att förfölja “överträffar LIB”. Marknaden tror att i den förväntade kommersialiseringen av LSB under det kommande decenniet, de “flytande trend” kommer gradvis att ersättas av “solid state framtid”. Detta kan också lösa problemet med kapacitetsförsämring orsakad av upplösningen av polysulfider i elektrolyten, vilket kan påverka livslängden för litiumsvavelbatterier.
