లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీలు మరియు లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీల ప్రాథమిక సూత్రాలను అర్థం చేసుకోవడానికి ఒక కథనం

01 లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీలు మరియు లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీలు అంటే ఏమిటి?

① లై-ఎయిర్ బ్యాటరీ

లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీ ఆక్సిజన్‌ను పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ రియాక్టెంట్‌గా మరియు మెటల్ లిథియంను నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్‌గా ఉపయోగిస్తుంది.ఇది అధిక సైద్ధాంతిక శక్తి సాంద్రత (3500wh/kg) కలిగి ఉంది మరియు దాని వాస్తవ శక్తి సాంద్రత 500-1000wh/kgకి చేరుకుంటుంది, ఇది సాంప్రదాయ లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ వ్యవస్థ కంటే చాలా ఎక్కువ.లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీలు సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్లు, ఎలక్ట్రోలైట్లు మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్లతో కూడి ఉంటాయి.సజల రహిత బ్యాటరీ వ్యవస్థలలో, స్వచ్ఛమైన ఆక్సిజన్ ప్రస్తుతం ప్రతిచర్య వాయువుగా ఉపయోగించబడుతుంది, కాబట్టి లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీలను లిథియం-ఆక్సిజన్ బ్యాటరీలు అని కూడా పిలుస్తారు.

1996లో, అబ్రహం మరియు ఇతరులు.ప్రయోగశాలలో మొదటి నాన్-సజల లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీని విజయవంతంగా సమీకరించింది.అప్పుడు పరిశోధకులు అంతర్గత ఎలెక్ట్రోకెమికల్ రియాక్షన్ మరియు నాన్-సజల లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీల మెకానిజంపై దృష్టి పెట్టడం ప్రారంభించారు;2002లో, రీడ్ మరియు ఇతరులు.లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీల ఎలెక్ట్రోకెమికల్ పనితీరు ఎలక్ట్రోలైట్ ద్రావకం మరియు గాలి కాథోడ్ పదార్థాలపై ఆధారపడి ఉంటుందని కనుగొన్నారు;2006లో, ఒగసవారా మరియు ఇతరులు.మాస్ స్పెక్ట్రోమీటర్‌ను ఉపయోగించారు, మొదటిసారిగా Li2O2 ఆక్సీకరణం చెందిందని మరియు ఛార్జింగ్ సమయంలో ఆక్సిజన్ విడుదల చేయబడిందని నిరూపించబడింది, ఇది Li2O2 యొక్క ఎలెక్ట్రోకెమికల్ రివర్సిబిలిటీని నిర్ధారించింది.అందువల్ల, లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీలు చాలా శ్రద్ధ మరియు వేగవంతమైన అభివృద్ధిని పొందాయి.

② లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీ

 లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీ అనేది అధిక నిర్దిష్ట సామర్థ్యం గల సల్ఫర్ (1675mAh/g) మరియు లిథియం మెటల్ (3860mAh/g) యొక్క రివర్సిబుల్ రియాక్షన్‌పై ఆధారపడిన ద్వితీయ బ్యాటరీ వ్యవస్థ, ఇది సగటు ఉత్సర్గ వోల్టేజ్ 2.15V.దీని సైద్ధాంతిక శక్తి సాంద్రత 2600wh/kgకి చేరుకుంటుంది.దీని ముడి పదార్థాలు తక్కువ ధర మరియు పర్యావరణ అనుకూలత యొక్క ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంటాయి, కాబట్టి ఇది గొప్ప అభివృద్ధి సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది.లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీల ఆవిష్కరణ 1960లలో హెర్బర్ట్ మరియు ఉలమ్ బ్యాటరీ పేటెంట్ కోసం దరఖాస్తు చేసినప్పుడు గుర్తించవచ్చు.ఈ లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీ యొక్క నమూనా లిథియం లేదా లిథియం మిశ్రమాన్ని ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థంగా ఉపయోగించింది, సల్ఫర్ సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థంగా మరియు అలిఫాటిక్ సంతృప్త అమైన్‌లతో కూడి ఉంటుంది.ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క.కొన్ని సంవత్సరాల తరువాత, PC, DMSO మరియు DMF వంటి సేంద్రీయ ద్రావకాలను పరిచయం చేయడం ద్వారా లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీలు మెరుగుపరచబడ్డాయి మరియు 2.35-2.5V బ్యాటరీలు పొందబడ్డాయి.1980ల చివరి నాటికి, లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీలలో ఈథర్‌లు ఉపయోగపడతాయని నిరూపించబడింది.తదుపరి అధ్యయనాలలో, ఈథర్-ఆధారిత ఎలక్ట్రోలైట్‌ల ఆవిష్కరణ, ఎలక్ట్రోలైట్ సంకలితంగా LiNO3ని ఉపయోగించడం మరియు కార్బన్/సల్ఫర్ మిశ్రమ సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్‌ల ప్రతిపాదన లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీల పరిశోధన విజృంభణను ప్రారంభించాయి.

02 లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీ మరియు లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీ యొక్క పని సూత్రం

① లై-ఎయిర్ బ్యాటరీ

ఉపయోగించిన ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క వివిధ స్థితుల ప్రకారం, లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీలను సజల వ్యవస్థలు, సేంద్రీయ వ్యవస్థలు, నీరు-సేంద్రీయ హైబ్రిడ్ వ్యవస్థలు మరియు ఆల్-సాలిడ్-స్టేట్ లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీలుగా విభజించవచ్చు.వాటిలో, నీటి ఆధారిత ఎలక్ట్రోలైట్‌లను ఉపయోగించే లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీల తక్కువ నిర్దిష్ట సామర్థ్యం కారణంగా, లిథియం మెటల్‌ను రక్షించడంలో ఇబ్బందులు మరియు వ్యవస్థ యొక్క పేలవమైన రివర్సిబిలిటీ, నాన్-సజల సేంద్రీయ లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీలు మరియు ఆల్-సాలిడ్-స్టేట్ లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీలు ప్రస్తుతం విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి.పరిశోధన.నాన్-సజల లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీలను 1996లో అబ్రహం మరియు Z.జియాంగ్ మొదటిసారిగా ప్రతిపాదించారు. ఉత్సర్గ ప్రతిచర్య సమీకరణం మూర్తి 1లో చూపబడింది. ఛార్జింగ్ ప్రతిచర్య వ్యతిరేకం.ఎలక్ట్రోలైట్ ప్రధానంగా సేంద్రీయ ఎలక్ట్రోలైట్ లేదా ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌ను ఉపయోగిస్తుంది మరియు డిశ్చార్జ్ ఉత్పత్తి ప్రధానంగా Li2O2 , ఉత్పత్తి ఎలక్ట్రోలైట్‌లో కరగదు మరియు గాలి సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్‌పై సులభంగా పేరుకుపోతుంది, ఇది లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీ యొక్క ఉత్సర్గ సామర్థ్యాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది.

లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీలు అల్ట్రా-హై ఎనర్జీ డెన్సిటీ, పర్యావరణ అనుకూలత మరియు తక్కువ ధర యొక్క ప్రయోజనాలను కలిగి ఉన్నాయి, అయితే వాటి పరిశోధన ఇంకా ప్రారంభ దశలోనే ఉంది మరియు ఆక్సిజన్ తగ్గింపు చర్య యొక్క ఉత్ప్రేరకము వంటి అనేక సమస్యలను పరిష్కరించాల్సి ఉంది. ఆక్సిజన్ పారగమ్యత మరియు గాలి ఎలక్ట్రోడ్ల హైడ్రోఫోబిసిటీ, మరియు గాలి ఎలక్ట్రోడ్ల క్రియారహితం మొదలైనవి.

② లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీ

లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీలు ప్రధానంగా ఎలిమెంటల్ సల్ఫర్ లేదా సల్ఫర్-ఆధారిత సమ్మేళనాలను బ్యాటరీ యొక్క సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థంగా ఉపయోగిస్తాయి మరియు మెటాలిక్ లిథియం ప్రధానంగా ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ కోసం ఉపయోగించబడుతుంది.ఉత్సర్గ ప్రక్రియలో, ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద ఉన్న మెటల్ లిథియం ఎలక్ట్రాన్‌ను కోల్పోవడానికి మరియు లిథియం అయాన్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఆక్సీకరణం చెందుతుంది;అప్పుడు ఎలక్ట్రాన్లు బాహ్య సర్క్యూట్ ద్వారా సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్‌కు బదిలీ చేయబడతాయి మరియు ఉత్పత్తి చేయబడిన లిథియం అయాన్లు కూడా ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా ధనాత్మక ఎలక్ట్రోడ్‌కు బదిలీ చేయబడి సల్ఫర్‌తో చర్య జరిపి పాలీసల్ఫైడ్‌ను ఏర్పరుస్తాయి.లిథియం (LiPSs), ఆపై విడుదల ప్రక్రియను పూర్తి చేయడానికి లిథియం సల్ఫైడ్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి మరింత ప్రతిస్పందిస్తుంది.ఛార్జింగ్ ప్రక్రియలో, LiPSలలోని లిథియం అయాన్లు ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌కు తిరిగి వస్తాయి, అయితే ఎలక్ట్రాన్లు లిథియం అయాన్‌లతో లిథియం లోహాన్ని ఏర్పరచడానికి బాహ్య సర్క్యూట్ ద్వారా ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌కు తిరిగి వస్తాయి మరియు LiPSలు సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద సల్ఫర్‌గా తగ్గించబడతాయి. ఛార్జింగ్ ప్రక్రియ.

లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీల ఉత్సర్గ ప్రక్రియ ప్రధానంగా సల్ఫర్ కాథోడ్‌పై బహుళ-దశ, బహుళ-ఎలక్ట్రాన్, మల్టీ-ఫేజ్ కాంప్లెక్స్ ఎలక్ట్రోకెమికల్ రియాక్షన్, మరియు ఛార్జ్-డిశ్చార్జ్ ప్రక్రియలో వేర్వేరు గొలుసు పొడవులతో LiPSలు ఒకదానికొకటి రూపాంతరం చెందుతాయి.ఉత్సర్గ ప్రక్రియలో, సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద సంభవించే ప్రతిచర్య మూర్తి 2లో చూపబడింది మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద ప్రతిచర్య మూర్తి 3లో చూపబడింది.

లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీల ప్రయోజనాలు చాలా స్పష్టంగా ఉన్నాయి, చాలా ఎక్కువ సైద్ధాంతిక సామర్థ్యం వంటివి;పదార్థంలో ఆక్సిజన్ లేదు మరియు ఆక్సిజన్ పరిణామ ప్రతిచర్య జరగదు, కాబట్టి భద్రతా పనితీరు మంచిది;సల్ఫర్ వనరులు సమృద్ధిగా ఉన్నాయి మరియు మౌళిక సల్ఫర్ చౌకగా ఉంటుంది;ఇది పర్యావరణ అనుకూలమైనది మరియు తక్కువ విషపూరితం కలిగి ఉంటుంది.అయినప్పటికీ, లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీలు లిథియం పాలీసల్ఫైడ్ షటిల్ ప్రభావం వంటి కొన్ని సవాలు సమస్యలను కూడా కలిగి ఉంటాయి;మౌళిక సల్ఫర్ మరియు దాని ఉత్సర్గ ఉత్పత్తుల ఇన్సులేషన్;పెద్ద వాల్యూమ్ మార్పుల సమస్య;అస్థిర SEI మరియు లిథియం యానోడ్‌ల వల్ల కలిగే భద్రతా సమస్యలు;స్వీయ-ఉత్సర్గ దృగ్విషయం, మొదలైనవి.

కొత్త తరం ద్వితీయ బ్యాటరీ వ్యవస్థగా, లిథియం-ఎయిర్ బ్యాటరీలు మరియు లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీలు చాలా ఎక్కువ సైద్ధాంతిక నిర్దిష్ట సామర్థ్య విలువలను కలిగి ఉన్నాయి మరియు పరిశోధకులు మరియు ద్వితీయ బ్యాటరీ మార్కెట్ నుండి విస్తృతమైన దృష్టిని ఆకర్షించాయి.ప్రస్తుతం, ఈ రెండు బ్యాటరీలు ఇప్పటికీ అనేక శాస్త్రీయ మరియు సాంకేతిక సమస్యలను ఎదుర్కొంటున్నాయి.వారు బ్యాటరీ అభివృద్ధి ప్రారంభ పరిశోధన దశలో ఉన్నారు.బ్యాటరీ కాథోడ్ మెటీరియల్ యొక్క నిర్దిష్ట సామర్థ్యం మరియు స్థిరత్వం మరింత మెరుగుపరచాల్సిన అవసరం ఉంది, బ్యాటరీ భద్రత వంటి కీలక సమస్యలను కూడా తక్షణమే పరిష్కరించాల్సిన అవసరం ఉంది.భవిష్యత్తులో, విస్తృత అప్లికేషన్ అవకాశాలను తెరవడానికి ఈ రెండు కొత్త రకాల బ్యాటరీలకు వాటి లోపాలను తొలగించడానికి నిరంతర సాంకేతిక మెరుగుదల అవసరం.