Cell Chemistry Race: Lithium vs Sodium Systems
| Jerry Huang
Ang pananaliksik na nakatuon sa temperatura ng silid na lithium–sulfur (Li/S 8 ) at lithium–oxygen (Li/O 2 ) na mga baterya ay makabuluhang tumaas sa nakalipas na sampung taon. Ang karera upang bumuo ng gayong mga sistema ng cell ay pangunahing hinihimok ng napakataas na teoretikal na density ng enerhiya at ang kasaganaan ng asupre at oxygen. Ang cell chemistry, gayunpaman, ay kumplikado, at ang pag-unlad tungo sa praktikal na pag-unlad ng device ay nananatiling hadlangan ng ilang pangunahing pangunahing isyu, na kasalukuyang tinatalakay ng maraming mga diskarte.
Nakakagulat, hindi gaanong nalalaman tungkol sa mga analogous na sodium-based na mga sistema ng baterya, bagama't ang na-komersyal na, mataas na temperatura na Na/S 8 at Na/NiCl 2 na mga baterya ay nagmumungkahi na ang isang rechargeable na baterya batay sa sodium ay magagawa sa malaking sukat. Bukod dito, ang likas na kasaganaan ng sodium ay isang kaakit-akit na benepisyo para sa pagbuo ng mga baterya batay sa mababang halaga ng mga bahagi.
Ang pagsusuri na ito ay nagbibigay ng buod ng makabagong kaalaman sa mga baterya ng lithium-sulfur at lithium-oxygen at isang direktang paghahambing sa mga kahalintulad na sistema ng sodium. Ang mga pangkalahatang katangian, pangunahing benepisyo at hamon, kamakailang mga estratehiya para sa mga pagpapabuti ng pagganap at pangkalahatang mga alituntunin para sa karagdagang pag-unlad ay buod at kritikal na tinalakay. Sa pangkalahatan, ang pagpapalit ng lithium para sa sodium ay may malakas na epekto sa pangkalahatang katangian ng reaksyon ng cell at ang mga pagkakaiba sa transportasyon ng ion, katatagan ng phase, potensyal ng elektrod, density ng enerhiya, atbp. ay maaaring inaasahan.
Kung ang mga pagkakaibang ito ay makikinabang sa isang mas mababaligtad na kimika ng cell ay isang bukas na tanong, ngunit ang ilan sa mga unang ulat sa temperatura ng silid na Na/S 8 at Na/O 2 na mga cell ay nagpapakita na ng ilang kapana-panabik na pagkakaiba kumpara sa itinatag na Li/S 8 at Li/O 2 system.
Ang mga rechargeable lithium-ion na baterya (LIBs) ay mabilis na naging pinakamahalagang anyo ng pag-iimbak ng enerhiya para sa lahat ng mga mobile application mula noong kanilang komersyalisasyon noong unang bahagi ng 1990s. Pangunahing ito ay dahil sa kanilang walang kapantay na density ng enerhiya na madaling nahihigitan ang iba pang mga rechargeable na sistema ng baterya gaya ng metal–hydride o lead–acid. Gayunpaman, ang patuloy na pangangailangan na mag-imbak ng kuryente nang mas ligtas, mas compact at mas abot-kaya ay nangangailangan ng patuloy na pananaliksik at pag-unlad.
Ang pangangailangan para sa murang nakatigil na pag-iimbak ng enerhiya ay naging isang karagdagang hamon, na nag-trigger din ng pananaliksik sa mga alternatibong baterya. Ang mga pangunahing pagsisikap ay nakadirekta sa patuloy na pagpapahusay ng iba't ibang teknolohiya ng Li-ion sa pamamagitan ng mas mahusay na packaging, pagproseso, mas mahusay na mga electrolyte at na-optimize na mga materyales ng electrode, halimbawa. Bagama't ang makabuluhang pag-unlad ay nakamit na may paggalang sa density ng kapangyarihan sa mga nakaraang taon, ang pagtaas sa density ng enerhiya (volumetrically at gravimetrically) ay medyo maliit. Ang isang paghahambing ng iba't ibang mga teknolohiya ng baterya na may kinalaman sa kanilang mga density ng enerhiya ay ipinapakita sa Figure 1.
Figure 1: Theoretical at (tinantyang) praktikal na mga density ng enerhiya ng iba't ibang rechargeable na baterya: Pb–acid – lead acid, NiMH – nickel metal hydride, Na-ion – pagtatantya na nagmula sa data para sa Li-ion na ipinapalagay na bahagyang mas mababa ang boltahe ng cell, Li- ion – average sa iba't ibang uri, HT-Na/S 8 – mataas na temperatura ng sodium–sulfur na baterya, Li/S 8 at Na/S 8 – lithium–sulfur at sodium–sulfur na baterya sa pag-aakalang Li 2 S at Na2S bilang mga produkto ng discharge, Li /O 2 at Na/O 2 – lithium-oxygen na baterya (kabilang sa mga teoretikal na halaga ang bigat ng oxygen at depende sa stoichiometry ng ipinapalagay na produkto ng discharge, ibig sabihin, oxide, peroxide o superoxide). Tandaan na ang mga halaga para sa mga praktikal na density ng enerhiya ay maaaring mag-iba-iba depende sa disenyo ng baterya (laki, mataas na kapangyarihan, mataas na enerhiya, solong cell o baterya) at ang estado ng pag-unlad. Ang lahat ng mga halaga para sa mga praktikal na density ng enerhiya ay tumutukoy sa antas ng cell (maliban sa Pb–acid, 12 V). Ang mga halaga para sa Li/S 8 at Li/O 2 na mga baterya ay kinuha mula sa literatura (na binanggit sa loob ng pangunahing teksto) at ginagamit upang tantyahin ang mga densidad ng enerhiya para sa Na/S 8 at Na/O 2 na mga cell. Sa mga teknolohiyang nasa itaas, tanging ang lead acid, NiMH, Li-ion at mataas na temperatura na teknolohiyang Na/S 8 ang na-komersyal hanggang sa kasalukuyan.
Mga sanggunian: