Литий-серные батареи и литий-ионные батареи: Сравнительный анализ

Введение

Электромобили (EV) стоят на пороге серьезной трансформации, и в центре этой революции находятся литий-серные (Li-S) батареи. Эти инновационные источники энергии способны переосмыслить будущее электромобилей, предлагая ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с традиционными литий-ионными (Li-ion) батареями. В этой статье мы рассмотрим неоспоримые преимущества литий-ионных (Li-S) аккумуляторов для EV по сравнению с литий-ионными аккумуляторами, что позволит нам перейти на более чистый и экологичный вид транспорта.

Понимание литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов

Литий-ионные батареи, или Li-ion, являются стандартным источником питания для широкого спектра портативных электронных устройств. Работа этих батарей основана на перемещении ионов лития между положительным (катодом) и отрицательным (анодом) электродами. Во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду, вырабатывая электрическую энергию. Благодаря своим замечательным свойствам, таким как высокая плотность энергии, увеличенный срок службы и относительно легкий вес, литий-ионные батареи стали доминирующим выбором для батарей электромобилей (EV).

[1]

Рисунок 1. Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы

Понимание литий-серных (Li-S) батарей

Однако литий-серные (Li-S) батареи стали многообещающей альтернативой традиционным литий-ионным (Li-ion) батареям и широко используются в электромобилях. В литий-серных батареях используется другая электрохимическая реакция, чем в литий-ионных. А именно: сера служит катодом, а металл литий или литий-ион - анодом. Li-S батареи имеют более высокую плотность энергии, меньший вес и меньшую стоимость производства по сравнению с Li-ion батареями, что делает их привлекательными для электромобилей и других применений.

[2]

Рисунок 2. Литий-серные (Li-S) батареи

Литий-серные батареи в сравнении с литий-ионными батареями

Давайте продолжим перечислять сильные и слабые стороны литий-серных и литий-ионных батарей, а также их потенциал влияния на будущее электромобилей.

1. Беспрецедентная плотность энергии:

Li-S батареи могут похвастаться впечатляющей теоретической плотностью энергии, которая превосходит плотность энергии литий-ионных батарей. Это означает, что электромобили с литий-ионными батареями могут хранить больше энергии при том же объеме или весе, что приведет к значительному увеличению дальности поездки.

2. Эффективность легкого веса:

Сера, ключевой компонент Li-S батарей, не только распространена, но и легка. Этот легкий вес приводит к снижению общей массы автомобиля, что повышает энергоэффективность. Литий-сероводородные батареи способствуют созданию более легких EV, которые, в свою очередь, требуют меньше энергии для движения, что приводит к повышению эффективности и увеличению срока службы батарей.

3. Возможность быстрой зарядки:

Одной из отличительных особенностей этих батарей является их способность к быстрой зарядке. Высокая электропроводность позволяет ускорить время зарядки, делая остановки для подзарядки сродни заправке традиционным ископаемым топливом. Удобство быстрой зарядки позволяет решить одну из основных проблем водителей EV: беспокойство о дальности поездки.

4. Снижение стоимости:

Сера - недорогой материал, что потенциально может привести к снижению стоимости производства Li-S батарей по сравнению с литий-ионными батареями, в которых используются такие материалы, как кобальт, который может быть дорогим и подвержен проблемам с цепочкой поставок.

5. Экологичность:

Литий-серосодержащие батареи могут быть более экологичными, чем их литий-ионные аналоги. Сера - обильный и экономически эффективный материал, а ее добыча и переработка менее ресурсоемки по сравнению с такими материалами, как кобальт, используемыми в литий-ионных батареях. Кроме того, упрощенный состав литий-ионных батарей может способствовать более легкой переработке и уменьшению воздействия на окружающую среду.

6.срок службы:

Тем не менее, литий-ионные батареи, как правило, имеют более длительный срок службы по сравнению с литий-серийными. Li-S батареи исторически страдают от более короткого срока службы, в основном из-за растворения серы в электролите во время циклов заряда и разряда. Исследователи активно работают над увеличением срока службы Li-S аккумуляторов.

7.безопасность:

Литий-ионные батареи хорошо зарекомендовали себя при использовании в EV. С другой стороны, литий-сероводородные батареи сталкиваются с проблемами безопасности, включая проблемы, связанные с образованием сульфида лития, который может быть нестабильным. Обеспечение безопасности литий-серебряных батарей остается важнейшим направлением исследований и разработок.

Похожие статьи: Обзор областей применения лития

Заключение

В целом, преимущества литий-серных (Li-S) батарей для электромобилей способны произвести революцию в мире электромобилей. Благодаря исключительной плотности энергии, легкости, снижению стоимости, возможности быстрой зарядки и экологичности, они представляют собой убедительную альтернативу традиционным литий-ионным батареям. По мере развития исследований и разработок в этой области литий-ионные батареи выходят вперед, прокладывая путь к более экологичному и устойчивому будущему электромобилей.

Stanford Advanced Materials (SAM) является ведущим поставщиком различных продуктов, включая литий-ионные аккумуляторы и различные современные батареи. Если вы заинтересованы, отправьте нам запрос.

Ссылки:

[1] An Overview on Thermal Safety Issues of Lithium-ion Batteries for Electric Vehicle Application - Scientific Figure on ResearchGate. Available from: https://www.researchgate.net/figure/Schematic-of-the-Lithium-ion-battery_fig2_324929541 [accessed 7 Sep 2023]

[2] Литий-серная батарея. (2023, August 20). В Википедии. https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium%E2%80%93sulfur_battery