Acheter lithium 47

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Gizmag Nouvelle pile au lithium / soufre double densité d'énergie au lithium-ion Une cellule de base Li / S est constituée d'une anode de lithium, une cathode de carbone-soufre et un électrolyte qui permet à des ions lithium de passer. La réaction globale de la cellule pendant la décharge convertit le lithium métallique dans l'anode dans Li2S à la surface de la cathode. L'écoulement de deux ions lithium de l'anode vers la cathode est alors compensée par l'écoulement de deux électrons entre les contacts de batterie, délivrant le double du courant d'une batterie Li-ion avec une tension comprise entre environ 1,7 et 2,5 volts, en fonction de l'état de charge de la cellule. polysulfures de lithium sont formées à des niveaux de charge intermédiaires, qui affectent la tension de la cellule comme indiqué ci-dessus. Voilà les bonnes nouvelles. Les mauvaises nouvelles implique une foule de problèmes de matériaux associés à la chimie de base Li / S et certaines réactions secondaires. Lorsque le soufre dans la cathode absorbe des ions lithium de l'électrolyte, la Li2S a presque le double du volume du soufre d'origine. Ceci est une source très importante de contraintes mécaniques sur la cathode, ce qui provoque une détérioration mécanique, réduit le contact électrique entre le carbone et le soufre (le chemin par lequel les électrons circulent pour permettre à la réaction de se produire), et empêche l'écoulement des ions lithium la surface de soufre. Un autre problème est que le lithium et le soufre en général ne réagissent immédiatement pour former Li2S, mais il y passer à travers une série d'espèces intermédiaires, telles que Li2S8, Li2S6, etc. soufre lui-même et Li2S sont essentiellement insolubles dans l'électrolyte typique utilisé dans Li S / cellules, mais ces polysulfures "" intermédiaires sont souvent solubles, ce qui provoque une perte continue et grave de soufre à la cathode. D'autres problèmes apparaissent, tels qu'une rugosité de la surface de l'anode de lithium avec de grands courants de charge ou de décharge. Tous ces problèmes se traduisent par une cellule de base Li / S étant une très mauvaise batterie. La chimie de la batterie Li / S, cependant, offre la possibilité d'une telle performance merveilleuse de la batterie qui, depuis sa découverte dans les années 1960, beaucoup de travail a eu pour but de résoudre ces problèmes. Les ingénieurs et les scientifiques ont essayé de mettre le soufre à l'intérieur nanocanaux ainsi que l'utilisation des anodes en alliage de lithium-silicium-carbone. cathodes de polymère de soufre. et une foule d'autres tentatives imaginatives à résoudre les Li / S limites de performance de la batterie emboîtées. Bien que beaucoup de progrès ont été réalisés, le développement d'une cellule pratique Li / S a échappé aux chercheurs pour un demi-siècle. L'équipe Lawrence Berkeley a abordé ces problèmes en développant une cathode de nanocomposite qui aborde les trois principaux problèmes posés par les cellules Li /. Le nouveau matériau de cathode est un nanocomposite d'oxyde de soufre graphène maintenus ensemble à l'aide d'un liant polymère élastique. l'oxyde de graphène est formé à partir d'oxyde de graphite par exfoliation, dans lequel un champ d'ultrasons est appliqué à l'oxyde de graphite en suspension dans l'eau. Les ondes ultrasonores décoller les couches de l'oxyde de graphite, produisant des flocons très minces d'oxyde de graphène. Ces flocons sont alors donnés un revêtement de soufre de quelques nanomètres d'épaisseur. La faible épaisseur de la couche de soufre permet aux atomes de soufre pour faire un bon contact électrique avec les paillettes d'oxyde de graphène. Sans être un excellent conducteur de l'électricité, l'oxyde de graphène a une conductivité suffisante pour ancrer le soufre à la cathode, ce qui permet un flux de courant à travers les couches de soufre. Il existe des produits intermédiaires (polysulfures de lithium) résultant du fonctionnement d'une cellule Li / S qui peut se dissoudre dans l'électrolyte ionique de la cellule, ce qui provoque la perte de soufre et de dégrader la capacité de stockage de la cellule. Un effet de mettre le soufre sur les nanoflakes d'oxyde de graphène est de protéger une face de la couche de soufre contre cette dégradation. Dans la nouvelle cellule Li / S, un agent de surface protectrice est placée sur la couche de soufre à protéger également sa surface contre la dissolution dans l'électrolyte. Étant donné que le tensioactif est cationique (attirés par le soufre), il laisse les anions de lithium par le biais de réagir avec le soufre de la cathode, tout en protégeant la couche de soufre. Que tous les polysulfures de lithium formé sous l'agent tensio-actif y sont piégés, cet ajout permet d'éliminer pratiquement le problème de la perte de soufre. Pour former une cathode utile pour une cellule Li / S, cette collection lâche de nanoflakes d'oxyde de graphène enrobés doit être lié ensemble pour former un nanocomposite avec une très grande surface qui est accessible à l'électrolyte ionique. des cellules similaires dans le passé ont utilisé le fluorure de polyvinylidène, un polymère conducteur, en tant que matériau liant. Cependant, de telles cellules ne sont pas capables de survivre à long terme de l'énorme variation du volume des couches de soufre pendant la charge et la décharge de la cellule. Afin d'améliorer ce problème, l'équipe de Berkeley substitué par un copolymère élastomère de caoutchouc styrène-butadiène et de la carboxyméthylcellulose pour le liant. L'électrolyte a également été modifiée de plusieurs façons à partir de la configuration traditionnelle (et ce qui est la chimie, vous pourriez avoir besoin pour vous préparer à une certaine terminologie difficile ici). Tandis que le même sel d'électrolyte (lithium bis (trifluorométhanesulfonyl) imide) a été utilisé, le solvant était un mélange de nmethyl - (n-butyl) pyrrolidinium bis (trifluorométhanesulfonyl) imide (PYR14TFSI), le 1,3-dioxolane (DOL), le diméthoxyéthane (DME) avec 1 M lithium bis - (trifluorométhylsulfonyle) imide (LiTFSI), et le nitrate de lithium (LiNO3). Cela se traduit par la combinaison qui équilibre bien la gamme de température de fonctionnement, la viscosité et la conductivité ionique requise pour le fonctionnement de la cellule Li / S efficace. La tendance de la cellule pour former des polysulfures de lithium a également été réduite par l'introduction de la DLO et les fractions DME. Le nitrate de lithium a été ajouté pour réduire les dommages à la surface de l'anode en lithium métallique, qui avait été observées suite à un multiple cyclage charge / décharge. Un séparateur de matière plastique revêtu classique (polypropylène à haute porosité) a été utilisé pour empêcher le flux d'électrons à travers l'électrolyte, tout en permettant la libre circulation des ions lithium. Le résultat de ces changements est considérablement augmenté la performance des cellules Li / S. Lorsque la cellule Li / S a été chargée et déchargée à un taux de 20 heures (C = 0,05), une énergie spécifique initiale de 500 Wh / kg (plus de deux fois celle des batteries Li-ion) était encore fournir une capacité d'énergie autant que une batterie Li-ion frais après cycles 1500 charge / décharge. Lorsque le taux de charge / décharge est augmenté à un taux d'une heure (C = 1,0), la capacité d'énergie diminue d'un facteur d'environ 40-50 pour cent, mais la cellule continue à fonctionner bien après 1500 cycles. Lorsque les cellules Li / S ont été opérés à très grande puissance de sortie (C = 6,0, ce qui signifie qu'une cellule se charge ou décharge en 10 minutes), même après 150 cycles de l'énergie spécifique de la cellule était plus grande que celle d'un Li frais et choyé cellule - ion. Cette capacité de charge de puissance très grandes et la décharge a été très sensible à la quantité de nitrate de lithium ajouté à l'électrolyte. Le point de prix potentiel pour les cellules Li / S suite à la nouvelle conception est potentiellement aussi bas que 100 $ US / kWh de capacité de stockage. Au-delà de faire des batteries possibles lithium / soufre avec une énergie sans précédent spécifique, capacité de débit et longue durée de vie, bon nombre des innovations apportées par l'équipe Berkeley peuvent également être utiles dans la conception de cellules Li-ion de meilleure qualité et moins coûteux. La cellule Li / S pour la première fois a démontré son potentiel de contester la chimie dominante de la batterie Li-ion dans les grandes ligues de voitures électriques. 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