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锂硫电池的工作原理是什么

2021-02-06 ryder

锂硫电池正极为硫或含硫材料,负极为锂。平均电压2.1V,理论上锂硫体系(Li-S)具有1672mAh/g的比容量,2600Wh/kg的能量密度,是传统商业化以LiCo02为正极的锂离子电池(理论比容量273.8mAh/g,能量密度360Wh/kg)7倍左右。相比普通锂离子电池,锂硫电池的放电本质不是简单的锂离子脱嵌,而是伴随着大量中间产物的氧化还原过程。


锂硫放电电池放电过程中,单质硫从环状S8开环与Li反应,由长链Li2S8向短链Li2S转化的过程中伴随着两个明显的放电平台,高电势放电平台为2.45V-2.1V,该过程可认为大量S8向S42-转化,而低电势放电则为2.1V1.7V,此过程为大量S42-转化为S22-与S2-。另一方面,不同的转化程度也对应着不同的电容量。放电反应方程如下:


正极:S8+16Li+e-→8Li2S


负极:Li→Li++e-


总反应:2Li+nS→Li2Sn→Li2S


普通锂离子电池是单电子脱嵌,锂硫电池是8电子氧化还原,因而有7-8倍的理论容量和能量密度。与传统锂离子电池相似,锂硫电池由正极,负极,隔膜,电解质和隔膜组成。因此锂硫电池被认为是目前最有希望替代传统锂离子电池,成为新一代的储能设备的新能源。

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