Литий-серный аккумулятор
| Литий-серный аккумулятор | |
|---|---|
 Схематический рисунок ЛСА в ходе разряда | |
| Удельная энергоёмкость | 250-500 Вт·ч/кг |
| Долговечность (циклы) | >1000 |
| Электродвижущая сила | 1,7-2,5 В |
Литий-серный аккумулятор (сокращённо — Li-S, ЛСА) — вторичный химический источник тока, в котором катод жидкий с содержанием серы отделён от электролита специальной мембраной.
Показатели
[править | править код]- Теоретическая удельная энергоёмкость: до 2600[1] Вт·ч/кг (до 9360 кДж/кг)
- Удельная энергоёмкость: 250–500 Вт·ч/кг (900-1800 кДж/кг)
- Удельная энергоплотность: 218[2] Вт·ч/дм3 (785 кДж/дм3)
- Удельная плотность конструкции: н/д кг/дм3
- Количество циклов заряд-разряд до потери 20% ёмкости: 1000[3] (1500 без потерь ёмкости, при токах 0,05-1 С[4])
- Срок хранения: н/д лет
- Саморазряд при комнатной температуре: н/д % в месяц
- Напряжение: 2.1[2][5] В; 1,7-2,5[4] В
- Удельная мощность: н/д Вт/кг (при разряде током н/д С)
- Диапазон рабочих температур: от -40°C[1]
- КПД: н/д %
- Стоимость: достижима менее $100/кВт·ч[4] (10 Вт⋅ч/$)
Устройство и принцип работы
[править | править код]Аккумулятор сделан многослойным, между анодом и катодом расположены анодные и катодные мембраны и слой электролита. Конструкция такого аккумулятора схожа с литий-ионными аккумуляторами, однако, в отличие от него, литий-серный аккумулятор использует вместе с литиевым анодом серосодержащий катод, за счёт чего увеличивается его удельная зарядовая ёмкость. Другая особенность Li-S — возможность использовать жидкий катод, увеличивая таким образом плотность тока через него[5].
Электро-химическая реакция
[править | править код]Реакция литий-серного аккумулятора совпадает с реакцией натрий-серного аккумулятора, только в данном случае роль натрия выполняет литий[6]:
- Разряд
- S8 → Li2S8 → Li2S6 → Li2S4 → Li2S3
- Заряд
- Li2S → Li2S2 → Li2S3 → Li2S4 → Li2S6 → Li2S8 → S8
Оценка
[править | править код]Примечательна удельная энергоёмкость литий-серных аккумуляторов, составляющая уже у первых образцов до 300 Вт·ч/кг[5]. К другим достоинствам литий-серного аккумулятора можно отнести отсутствие необходимости использовать компоненты защиты, низкая себестоимость, широкий диапазон рабочих температур и общую экологическую безопасность[1].
К недостаткам литий-серного аккумулятора следует отнести очень короткое время жизни (всего 50-60 циклов заряд-разряд)[2]. Однако, последние образцы имеют долговечность 1000 и более циклов[7][8][3][4].
История
[править | править код]Разработка
[править | править код]Первые образцы подобных аккумуляторов были разработаны в 2004 году компанией Sion Power из США. В 2006 эта компания представила опытный образец аккумулятора размером 11×35×55 мм и ёмкостью 2,2 А⋅ч при напряжении 2,1 В[2][9].
В результате исследований, команде ученых из Стэнфорда удалось стабилизировать время жизни на уровне 100 циклов заряд-разряда, при падении ёмкости на 10-20% от изначальной. Однако примененный учеными способ (добавление полиэтиленгликоля, полуокисленного графена и микрочастиц сажи) приводит к очень высокому разбросу показателей катодов - лучшие из них теряют 10% ёмкости, худшие — 25%[10].
В 2013-м году учёными из Лаборатории Беркли(США) достигнута энергоёмкость 500 Вт·ч/кг и около 250 Вт·ч/кг при заряде/разряде токами 0,05 и 1 C соответственно; долговечность при этом составила не менее 1500 циклов заряда-разряда без потери ёмкости[4].
Использование
[править | править код]Именно такой тип аккумуляторов использовался в августе 2008 года при рекордно высоком и продолжительном полёте на самолёте на солнечных батареях[11].
Примечания
[править | править код]- ↑ 1 2 3 Перспективные источники тока. Дата обращения: 2 августа 2010. Архивировано 3 октября 2010 года.
- ↑ 1 2 3 4 Построен новый тип сверхъёмкого литиевого аккумулятора. 20.03.2006. Дата обращения: 15 июля 2011. Архивировано 4 сентября 2011 года.
- ↑ 1 2 Li-S battery company OXIS Energy reports 300 Wh/kg and 25 Ah cell, predicting 33 Ah by mid-2015, 500 Wh/kg by end of 2018. 12.11.2014. Дата обращения: 8 октября 2019. Архивировано 8 октября 2019 года.
- ↑ 1 2 3 4 5 New lithium/sulfur battery doubles energy density of lithium-ion. 01.12.2013. Дата обращения: 8 октября 2019. Архивировано 14 мая 2016 года.
- ↑ 1 2 3 Литий-серные аккумуляторы для портативных устройств. Дата обращения: 2 августа 2010. Архивировано из оригинала 24 мая 2012 года.
- ↑ Tudron, F.B., Akridge, J.R., and Puglisi, V.J. (2004): Lithium-Sulfur Rechargeable Batteries: Characteristics, State of Development, and Applicability to Powering Portable Electronics Архивная копия от 14 июля 2011 на Wayback Machine (Tucson, AZ: Sion Power) (англ.)
- ↑ World-Record Battery Performance Achieved With Egg-Like Nanostructures. 08.01.2013. Дата обращения: 8 октября 2019. Архивировано 23 июня 2013 года.
- ↑ Sulphur-TiO2 yolk-shell nanoarchitecture with internal void space for long-cycle lithium-sulphur batteries. Январь 2013. Дата обращения: 8 октября 2019. Архивировано 5 июня 2019 года.
- ↑ Разработан самый емкий на сегодня аккумулятор
- ↑ Графен повысил живучесть ультраёмких батарей. 14.07.2011. Дата обращения: 15 июля 2011. Архивировано 17 июля 2011 года.
- ↑ BBS News: «Solar plane makes record flight» Архивная копия от 18 сентября 2019 на Wayback Machine (англ.)
