İçeriğe atla

Lityum-sülfür pil

Lityum-sülfür pil (Li-S pil) bir tür şarj edilebilir pildir. Yüksek özgül enerjisi ile dikkat çekmektedir.[1] Lityumun düşük atom ağırlığı ve kükürdün orta derecede atom ağırlığı, Li-S pillerin nispeten hafif (yaklaşık olarak suyun yoğunluğu) olduğu anlamına gelir. Ağustos 2008'de Zephyr 6 tarafından en uzun ve en yüksek irtifa insansız güneş enerjisiyle çalışan uçak uçuşunda kullanıldılar.[2]

Lityum-sülfür piller yüksek enerji yoğunlukları ve düşük maliyetleri nedeniyle ilgi odağı oldu. Lityum iyon pillerde yaygın olarak kullanılan kobaltın yerini bunlarda kükürt alır.[3] Li–S piller, 550 Wh/kg mertebesinde enerji yoğunluğu sunarlarken  lityum iyon pillerde bu 150  – 260 wh/kg aralığında kalır. 

1.500'e kadar şarj-deşarj döngüsüne sahip Li–S piller 2017'de sergilendi,[4] ancak ticari ölçekte ve zayıf elektrolit ile döngü ömrü testleri tamamlanmadı. 2021'in başlarında hiçbiri ticari olarak mevcut değildi.

Kabulü yavaşlatan sorunlar arasında, aktif malzemenin katottan kademeli olarak sızmasından sorumlu olan ve çok az yeniden şarj döngüsüne neden olan polisülfit "mekik" etkisi yer alır.[5] Ayrıca, kükürt katotları düşük iletkenliğe sahiptir ve aktif kütlenin kapasiteye katkısını kullanmak için bir iletken madde için ekstra kütle gerektirir.[6] S'den Li2S'ye dönüşüm sırasında katodunun hacimsel genişlemesi ve ihtiyaç duyulan büyük miktarda elektrolit de diğer sorunlardır.

Tarih

Li –S piller, Herbert ve Ulam'ın anodik malzeme olarak lityum veya lityum alaşımları, katodik malzeme olarak kükürt ve alifatik doymuş aminlerden oluşan bir elektrolit kullanan birincil pilin patentini aldığı 1960'larda icat edildi.[7][8] Birkaç yıl sonra teknoloji, 2.35-2.5 V'luk bir pil veren PC, DMSO ve DMF gibi organik çözücülerin piyasaya sürülmesiyle geliştirildi.[9] 1980'lerin sonunda, elektrolit çözücü olarak eterleri, özellikle DOL'u kullanan şarj edilebilir bir Li –S pili gösterildi.[10][11]

2020'de Manthiram, ticari kabulü sağlamak için gereken kritik parametreleri belirledi.[12][13] Spesifik olarak, Li-S pillerin >5'mg cm −2 lik bir kükürt yüklemesi, karbon içeriği <%5, elektrolit-kükürt oranı <5 μL mg- 1, elektrolit-kapasite oranı <5 μL (mA h) −1 ve negatiften pozitife kese tipi hücrelerde kapasite oranı <5 'ne ulaşması gerekirdi.[12]

2021 yılında araştırmacılar, anodu kirleten katotlardan polisülfit zincirlerinin salınmasını önleyen şeker bazlı bir anot katkı maddesinin kullanıldığını duyurdu. Bir prototip hücre, 700 mAh/g kapasiteli 1.000 şarj döngüsü gösterdi.[14]

2022'de, polisülfit hareketini azalttığı (anodu koruduğu) ve şarj/deşarj sürelerini azaltmak için lityum iyon transferini kolaylaştırdığı iddia edilen bir ara katman tanıtıldı.[15] Yine o yıl, araştırmacılar hücre zarı benzeri ağlar halinde biçimlendirilmiş aramid nanolifleri (nano ölçekli Kevlar lifleri) kullandılar. Bu, dendrit oluşumunu engelledi. İyon seçiciliği kullanarak, küçük kanalları ağa entegre ederek ve bir elektrik yükü ekleyerek polisülfit mekiği ele aldı.[16]

Ayrıca 2022'de Drexel Üniversitesi'ndeki Araştırmacılar, 4000'den fazla şarj döngüsünde bozulmayan bir prototip lityum kükürt pil üretti. Analiz, pilin 95 santigrat derecenin altında kararsız olduğu düşünülen monoklinik gama fazlı kükürt içerdiğini göstermiştir ve yalnızca birkaç çalışma bu tür kükürtün 20 ila 30 dakikadan daha uzun süre kararlı olduğunu göstermiştir.[17]

Kimya

Li-S hücresindeki kimyasal işlemler, deşarj sırasında anot yüzeyinden lityum çözünmesini (ve alkali metal polisülfit tuzlarına dahil edilmesini) ve şarj olurken anoda ters lityum kaplamayı içerir.[18]

Anot

Anodik yüzeyde, deşarj sırasında elektronların ve lityum iyonlarının üretimi ve şarj sırasında elektrodepozisyon ile metalik lityumun çözünmesi meydana gelir. Yarı reaksiyon şu şekilde ifade edilir:[19]

Lityum pillere benzer şekilde, çözünme / elektrodepozisyon reaksiyonu, lityumun çekirdeklenmesi ve dendritik büyümesi için aktif bölgeler oluşturarak katı elektrolit arayüzünün (SEI) dengesiz büyümesi gibi sorunlara neden olur. Dendritik büyüme, lityum pillerdeki dahili kısa devreden sorumludur ve pilin kendisinin ölümüne yol açar.[20]

Katot

Li-S pillerde, enerji kükürt katodunda (S8) depolanır. Deşarj sırasında elektrolitteki lityum iyonları, sülfürün lityum sülfide (Li2S) indirgendiği katoda göç eder. Yeniden yükleme fazı sırasında kükürt S8'e yeniden oksitlenir. Yarı reaksiyon şu şekilde ifade edilir:

(E° ≈ 2,15 V - Li / Li+)

Lityum sülfide kükürt indirgeme reaksiyonu çok daha karmaşıktır ve aşağıdaki sıraya göre azalan zincir uzunluğunda lityum polisülfitlerin (Li2S x, 2 ≤ x ≤ 8) oluşumunu içerir:[21]

Nihai ürün, Li2S'deki yavaş indirgeme kinetiği nedeniyle aslında saf Li2S yerine Li2S2 ve Li2S'nin bir karışımıdır.[22] Bu, lityum iyonlarının anot ve katotlarda birleştiği geleneksel lityum iyon pillerle çelişir. Her kükürt atomu iki lityum iyonunu barındırabilir. Tipik olarak, lityum iyon piller, ana atom başına yalnızca 0,5–0,7 lityum iyon barındırır.[23] Sonuç olarak, Li –S çok daha yüksek bir lityum depolama yoğunluğuna izin verir. Polisülfürler, hücre boşalırken katot yüzeyinde sırasıyla indirgenir :

S8 → Li2S8 → Li2S6 → Li2S4 → Li2S3

Hücre şarj olurken gözenekli bir difüzyon ayırıcı boyunca katotta kükürt polimerleri oluşur:

Li2S → Li2S2 → Li2S3 → Li2S4 → Li2S6 → Li2S8 → S8

Bu reaksiyonlar, sodyum-kükürt pilindekilere benzer.

Li –S pillerin temel zorlukları, kükürdün düşük iletkenliği ve boşaldığında hacminin önemli ölçüde değişmesi ve uygun bir katot bulunması Li – S pillerin ticarileştirilmesi için ilk adımdır.[24] Bu nedenle, çoğu araştırmacı bir karbon/kükürt katotu ve bir lityum anot kullanır.[25] Kükürt çok ucuzdur, ancak pratikte elektro iletkenliği yoktur, 25 °C'de 5 ×10−30 S⋅cm -1.[26] Bir karbon kaplama, eksik olan elektro iletkenliği sağlar. Karbon nanolifler, daha yüksek maliyet dezavantajıyla etkili bir elektron iletim yolu ve yapısal bütünlük sağlar.[27]

Lityum-kükürt tasarımıyla ilgili bir sorun, katottaki kükürt lityumu emdiğinde, LixS bileşimlerinin hacim genişlemesinin meydana gelmesi ve Li2S'nin tahmin edilen hacim genişlemesinin, orijinal sülfürün hacminin yaklaşık %80'i kadar olmasıdır.[28] Bu, hızlı bozulmanın ana nedeni olan katot üzerinde büyük mekanik gerilimlere neden olur. Bu işlem, karbon ve kükürt arasındaki teması azaltır ve lityum iyonlarının karbon yüzeyine akışını engeller.[29]

Lityumlu kükürt bileşiklerinin mekanik özellikleri, lityum içeriğine güçlü bir şekilde bağlıdır ve artan lityum içeriğiyle artar, ancak bu artış lineer değildir.[30]

Çoğu Li-S hücresinin birincil eksikliklerinden biri, elektrolitlerle istenmeyen reaksiyonlardır.

S ve Li2S çoğu elektrolitte nispeten çözünmez iken birçok ara polisülfit çözünür. Çözünen Li2Sn elektrolitlere karışarak geri dönüşümsüz aktif kükürt kaybına neden olur.[31] Oldukça reaktif lityumun negatif bir elektrot olarak kullanılması, yaygın olarak kullanılan diğer tip elektrolitlerin çoğunun ayrışmasına neden olur. Anot yüzeyinde koruyucu bir tabaka olarak Teflon kullanılması elektrolit stabilitesinde gelişme,[32] LIPON, Li3N de umut verici performans sergilemiştir.

Polisülfid "mekik"

Tarihsel olarak, "mekik" etkisi, bir Li –S pildeki bozulmanın ana nedenidir.[33] Lityum polisülfit Li2Sx (6≤x≤8), Li –S piller için kullanılan yaygın elektrolitlerde oldukça çözünür.[34] Oluşurlar ve katottan sızarlar ve anoda yayılırlar, burada kısa zincirli polisülfitlere indirgenirler ve tekrar uzun zincirli polisülfitlerin oluştuğu katoda geri yayılırlar. Bu süreç, aktif maddenin katottan sürekli olarak sızmasına, lityum korozyonuna, düşük kulombik verimliliğe ve düşük pil ömrüne neden olur.[35] Ayrıca, "mekik" etkisi, dinlenme durumunda da meydana gelen polisülfitin yavaş çözünmesi nedeniyle Li – S pillerin karakteristik kendi kendine boşalmasından sorumludur.[33] Bir Li – S pilindeki "mekik" etkisi, şarj voltajı platosunun uzatılmasıyla değerlendirilen bir f c (0<f c <1) faktörü ile ölçülebilir.

F c faktörü şu ifade ile verilir:[36]

burada ks, qup, [Stot ] ve lc sırasıyla kinetik sabit, anodik platoya katkıda bulunan özgül kapasite, toplam kükürt konsantrasyonu ve şarj akımıdır.

2022'de[37] araştırmacılar, karbon nanoliflerden yapılan bir katodun kullanıldığını bildirdi. Elementel kükürt, nadir ve genellikle yarı kararlı monoklinik y-Kükürt allotropunu oluşturan karbon substrat üzerine biriktirildi (bkz. Fiziksel buhar biriktirme). Bu allotrop tersinir şekilde Li2S ile tepki verir ara polisülfitler Li2Sx oluşmaz. Bu nedenle, oldukça tehlikeli eter bazlı elektrolitler (düşük parlama ve kaynama noktaları) yerine, genellikle bu polisülfitlerle reaksiyona giren karbonat elektrolitler kullanılabilir.[38]

Başlangıç kapasitesi 800 Ah/kg idi (klasik LiCoO2/grafit pillerin hücre kapasitesi 100 Ah/kg'dır). Sadece çok yavaş bozundu, her döngüde ortalama %0,04 ve 4000 döngüden sonra (%82) 658 Ah/kg'ı korudu.[37]

Elektrolit

Geleneksel olarak, Li –S piller, PP ayırıcının gözeneklerinde bulunan sıvı bir organik elektrolit kullanır.[33] Elektrolit Li –S pillerde önemli bir rol oynar ve hem polisülfit çözünmesiyle "mekik" etkisi hem de anot yüzeyindeki SEI stabilizasyonu üzerinde hareket eder. Li-ion pillerde yaygın olarak kullanılan organik karbonat bazlı elektrolitlerin (örn. PC, EC, DEC ve bunların karışımları) Li –S pillerin kimyası ile uyumlu değildir.[39] Uzun zincirli polisülfidler, karbonatların elektrofilik bölgelerinde nükleofilik saldırıya uğrayarak etanol, metanol, etilen glikol ve tiyokarbonatlar gibi yan ürünlerin geri dönüşümsüz oluşumuyla sonuçlanır. Li –S pillerde geleneksel olarak döngüsel eterler (DOL olarak) veya kısa zincirli eterler (DME olarak) ve ayrıca DEGDME ve TEGDME dahil olmak üzere glikol eter ailesi kullanılır.[40] Yaygın bir elektrolit, DOL:DME 1:1 hacim içinde 1M LiTFSI'dir. (Lityum yüzey pasivasyonu için katkı maddesi olarak %1 w/w di LiNO 3 ile).[40]

Emniyet

Hücrenin yüksek potansiyel enerji yoğunluğu ve doğrusal olmayan deşarj ve şarj tepkisi nedeniyle, hücre çalışmasını yönetmek ve hızlı deşarjı önlemek için voltaj düzenleyicilerle birlikte bir mikro denetleyici ve diğer güvenlik devreleri kullanılır.[41]

Ticarileştirme

2021 itibarıyla çok az şirket teknolojiyi endüstriyel ölçekte ticarileştirmeyi başardı. Sion Power gibi şirketler, lityum kükürt pil teknolojilerini test etmek için Airbus Defence and Space ile ortaklık kurdu. Airbus Defence and Space, gündüzleri güneş enerjisiyle, geceleri ise lityum kükürt pillerle çalışan prototip Yüksek İrtifa Sözde Uydu (HAPS) uçağını 11 günlük bir uçuş sırasında gerçek yaşam koşullarında başarıyla fırlattı. Test uçuşunda kullanılan piller, Sion Power'ın 350 W⋅h/kg. güç sağlayan Li – S hücrelerini kullandı.[42] Sion, başlangıçta 2017'nin sonuna kadar mevcut olacak şekilde toplu üretim sürecinde olduğunu iddia etti; ancak daha yakın zamanlarda, lityum metal pil lehine lityum kükürt pilleri üzerinde çalışmayı bıraktıkları görülebilir.[43][44]

İngiliz firması OXIS Energy, prototip lityum kükürt piller geliştirdi.[45][46] Imperial College London ve Cranfield University ile birlikte hücreleri için eşdeğer devre ağı modelleri yayınladılar.[47] Danimarka Lityum Dengesi ile, öncelikle Çin pazarı için 1,2kWh kapasiteli bir prototip scooter pil sistemi inşa ettiler. 10 kullanarak kWh Ah Uzun Ömürlü hücreler ve menzilde önemli bir artış ile kurşun asit akülerden %60 daha hafiftir.[48] Ayrıca 3U, 3.000 inşa ettiler Yalnızca 25 ağırlığında W⋅h Rafa Monte Pil kg ve tamamen ölçeklenebilir olduğu söylendi.[49] Lityum-Kükürt pillerinin seri üretimde yaklaşık 200 $/kWh'ye mal olacağını iddia ettiler.[50] Ancak firma, Mayıs 2021'de iflas (iflas) durumuna girdi.[51]

İlk lityum-iyon pili de ticarileştiren Sony, 2020'de lityum-kükürt pilleri piyasaya sürmeyi planladı, ancak 2015'teki ilk duyurudan bu yana herhangi bir güncelleme sağlamadı.[52]

Monash Üniversitesi'nin Melbourne, Avustralya'daki Makine ve Uzay Mühendisliği Bölümü, Almanya'daki Fraunhofer Malzeme ve Işın Teknolojisi Enstitüsü'ndeki ortaklar tarafından üretilen ultra yüksek kapasiteli bir Li-S pil geliştirdi. Pilin bir akıllı telefona beş gün boyunca güç sağlayabileceği iddia ediliyor.[53]

2022'de Alman Theion şirketi, 2023'te mobil cihazlar ve 2024'e kadar araçlar için lityum-kükürt pilleri piyasaya süreceğini iddia etti.[54]

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ Zhang (2013). "Liquid electrolyte lithium/sulfur battery: Fundamental chemistry, problems, and solutions". Journal of Power Sources. 231: 153-162. doi:10.1016/j.jpowsour.2012.12.102. 
  2. ^ Amos, J. (24 August 2008) "Solar plane makes record flight" 18 Eylül 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. BBC News
  3. ^ Manthiram (2013). "Challenges and Prospects of Lithium–Sulfur Batteries" (PDF). Acc. Chem. Res. 46 (5): 1125-1134. doi:10.1021/ar300179v. PMID 23095063. 3 Ocak 2020 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. 
  4. ^ "OXIS Energy's Lithium-Sulfur Battery Technology". 28 Haziran 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  5. ^ Diao (August 2013). "Shuttle phenomenon – The irreversible oxidation mechanism of sulfur active material in Li–S battery". Journal of Power Sources (İngilizce). 235: 181-186. doi:10.1016/j.jpowsour.2013.01.132. 
  6. ^ Eftekhari (2017). "The rise of lithium–selenium batteries". Sustainable Energy & Fuels. 1: 14-29. doi:10.1039/C6SE00094K. 
  7. ^ US patent 3043896, Danuta, Herbert & Juliusz, Ulam, "Electric dry cells and storage batteries", 1962-07-10 tarihinde verildi 
  8. ^ US patent 3532543, Nole, Dominick A. & Moss, Vladimir, "Battery employing lithium - sulphur electrodes with non-aqueous electrolyte", 1970-10-06 tarihinde verildi 
  9. ^ US patent 3413154, Mlarur, Rao & Bhaskara, Lakshmanar, "Organic electrolyte cells", 1968-11-26 tarihinde verildi 
  10. ^ Peled (May 1989). "Rechargeable lithium–sulfur battery (extended abstract)". Journal of Power Sources (İngilizce). 26 (3–4): 269-271. doi:10.1016/0378-7753(89)80133-8. 
  11. ^ "Lithium-Sulfur Battery: Evaluation of Dioxolane-Based Electrolytes". Journal of the Electrochemical Society (İngilizce). 136 (6): 1621-1625. 1989. doi:10.1149/1.2096981.  Birden fazla yazar-name-list parameters kullanıldı (yardım); Yazar |ad1= eksik |soyadı1= (yardım)
  12. ^ a b Bhargav (2020). "Lithium-Sulfur Batteries: Attaining the Critical Metrics". Joule. 4 (2): 285-291. doi:10.1016/j.joule.2020.01.001. 
  13. ^ Manthiram (2014). "Rechargeable Lithium–Sulfur Batteries". Chemical Reviews. 114 (23): 11751-11787. doi:10.1021/cr500062v. PMID 25026475. 
  14. ^ "Sugar-doped lithium sulfur battery promises up to 5 times the capacity". New Atlas (İngilizce). 13 Eylül 2021. 20 Eylül 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Eylül 2021.  Yazar |ad1= eksik |soyadı1= (yardım)
  15. ^ "Porous battery layer pulls once-a-week EV charging a step closer". New Atlas (İngilizce). 28 Şubat 2022. 1 Mart 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 1 Mart 2022.  Yazar |ad1= eksik |soyadı1= (yardım)
  16. ^ "Kevlar fibers fortify lithium-sulfur battery with 5x capacity of Li-ion". New Atlas (İngilizce). 17 Ocak 2022. 17 Nisan 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 7 Nisan 2022.  Yazar |ad1= eksik |soyadı1= (yardım)
  17. ^ "Stabilization of gamma sulfur at room temperature to enable the use of carbonate electrolyte in Li-S batteries". Communications Chemistry. 5 (1): 17. 10 Şubat 2022. doi:10.1038/s42004-022-00626-2. PMC 9814344 $2. PMID 36697747.  Birden fazla yazar-name-list parameters kullanıldı (yardım); Yazar |ad1= eksik |soyadı1= (yardım)
  18. ^ 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" (Tucson, AZ: Sion Power)
  19. ^ Kumar (2018). "Recent research trends in Li–S batteries". Journal of Materials Chemistry A (İngilizce). 6 (25): 11582-11605. doi:10.1039/C8TA01483C. Erişim tarihi: 4 Temmuz 2019. 
  20. ^ Ould Ely (29 Mayıs 2018). "Lithium–Sulfur Batteries: State of the Art and Future Directions". ACS Applied Energy Materials (İngilizce). 1 (5): 1783-1814. doi:10.1021/acsaem.7b00153. 
  21. ^ Lin (2015). "Lithium–sulfur batteries: from liquid to solid cells". Journal of Materials Chemistry A (İngilizce). 3 (3): 18. doi:10.1039/C4TA04727C. Erişim tarihi: 4 Temmuz 2019. 
  22. ^ Song (2013). "Lithium/sulfur batteries with high specific energy: old challenges and new opportunities". Nanoscale (İngilizce). 5 (6): 2186-204. doi:10.1039/c2nr33044j. PMID 23397572. Erişim tarihi: 4 Temmuz 2019. 
  23. ^ "Revisiting Lithium-Sulfur Batteries". Technology Review. 22 Mayıs 2009. 15 Nisan 2012 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 12 Ağustos 2016.  Birden fazla yazar-name-list parameters kullanıldı (yardım); Yazar |ad1= eksik |soyadı1= (yardım)
  24. ^ "Cathode Materials for Lithium–Sulfur Batteries: A Practical Perspective". Journal of Materials Chemistry A. 5 (34): 17734-17776. 2017. doi:10.1039/C7TA00799J.  Birden fazla yazar-name-list parameters kullanıldı (yardım); Yazar |ad1= eksik |soyadı1= (yardım)
  25. ^ Kim, K.W. (2008). "Improvement of cycle property of sulfur electrode for lithium/sulfur battery". Journal of Alloys and Compounds. 449 (1–2): 313-316. doi:10.1016/j.jallcom.2006.02.098.  Birden fazla yazar-name-list parameters kullanıldı (yardım); Yazar |ad1= eksik |soyadı1= (yardım); Yazar eksik |soyadı2= (yardım)
  26. ^ J.A. Dean, (Ed.) (1985). Lange's Handbook of Chemistry. third. New York: McGraw-Hill. ss. 3-5. ISBN 9780070161924.  r eksik |soyadı1= (yardım)
  27. ^ Chung, Y. D.; Baek, C. Y. (4 Mart 2008). "Effects of carbon coating on the electrochemical properties of sulfur cathode for lithium/sulfur cell". J. Power Sources. 184 (2): 548-552. doi:10.1016/j.jpowsour.2008.02.053.  Birden fazla yazar-name-list parameters kullanıldı (yardım); Yazar |ad1= eksik |soyadı1= (yardım); Yazar eksik |soyadı2= (yardım)
  28. ^ Islam (21 Ocak 2015). "ReaxFF molecular dynamics simulations on lithiated sulfur cathode materials". Phys. Chem. Chem. Phys. (İngilizce). 17 (5): 3383-3393. doi:10.1039/c4cp04532g. PMID 25529209. 
  29. ^ Brian Dodson, "New lithium/sulfur battery doubles energy density of lithium-ion" 20 Haziran 2023 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi., NewAtlas, 1 December 2013
  30. ^ Islam ve diğerleri. (2015). "ReaxFF molecular dynamics simulations on lithiated sulfur cathode materials". Phys. Chem. Chem. Phys. 17 (5): 3383-3393. doi:10.1039/C4CP04532G. PMID 25529209. 
  31. ^ Jeong (2006). "Electrochemical properties of lithium sulfur cells using PEO polymer electrolytes prepared under three different mixing conditions". J. Power Sources. 174 (2): 745-750. doi:10.1016/j.jpowsour.2007.06.108. 
  32. ^ Islam (2014). "ReaxFF Reactive Force Field Simulations on the Influence of Teflon on Electrolyte Decomposition during Li/SWCNT Anode Discharge in Lithium-Sulfur Batteries" (PDF). Journal of the Electrochemical Society. 161 (8): E3009-E3014. doi:10.1149/2.005408jes. 21 Şubat 2019 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. 
  33. ^ a b c Manthiram (10 Aralık 2014). "Rechargeable Lithium–Sulfur Batteries". Chemical Reviews. 114 (23): 11751-11787. doi:10.1021/cr500062v. ISSN 0009-2665. PMID 25026475. 
  34. ^ Chemically Derived Graphene: Functionalization, Properties and Applications. illustrated. Royal Society of Chemistry. 2018. s. 224. ISBN 978-1-78801-080-1. 
  35. ^ Song (2013). "Lithium/sulfur batteries with high specific energy: old challenges and new opportunities". Nanoscale (İngilizce). 5 (6): 2186-204. doi:10.1039/c2nr33044j. ISSN 2040-3364. PMID 23397572. 
  36. ^ Mikhaylik (2004). "Polysulfide Shuttle Study in the Li/S Battery System". Journal of the Electrochemical Society (İngilizce). 151 (11): A1969. doi:10.1149/1.1806394. 
  37. ^ a b Pai (10 Şubat 2022). "Stabilization of gamma sulfur at room temperature to enable the use of carbonate electrolyte in Li-S batteries". Communications Chemistry (İngilizce). 5 (1): 17. doi:10.1038/s42004-022-00626-2. ISSN 2399-3669. PMC 9814344 $2. PMID 36697747. 
  38. ^ Tao (10 Mayıs 2017). "Solid-State Lithium–Sulfur Batteries Operated at 37 °C with Composites of Nanostructured Li 7 La 3 Zr 2 O 12 /Carbon Foam and Polymer". Nano Letters (İngilizce). 17 (5): 2967-2972. doi:10.1021/acs.nanolett.7b00221. ISSN 1530-6984. PMID 28388080. 
  39. ^ Yim (September 2013). "Effect of chemical reactivity of polysulfide toward carbonate-based electrolyte on the electrochemical performance of Li–S batteries". Electrochimica Acta (İngilizce). 107: 454-460. doi:10.1016/j.electacta.2013.06.039. 
  40. ^ a b Scheers (June 2014). "A review of electrolytes for lithium–sulphur batteries". Journal of Power Sources (İngilizce). 255: 204-218. doi:10.1016/j.jpowsour.2014.01.023. 
  41. ^ Akridge, J.R. (October 2001) "Lithium Sulfur Rechargeable Battery Safety" Battery Power Products & Technology
  42. ^ Kopera, J (September 2014) "Sion Power's Lithium-Sulfur Batteries Power High Altitude Pseudo-Satellite Flight" Sion Power Company Press Release
  43. ^ "Sion Power Delivers Next Generation Battery Performance Through Patented Licerion® Technology". 3 Ekim 2016. 4 Ekim 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 4 Ekim 2016. 
  44. ^ "Sion Power Announces Launch of its Groundbreaking Licerion Rechargeable Lithium Battery, Sion Power". sionpower.com. 20 Haziran 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Haziran 2023. 
  45. ^ "Anesco and OXIS to Release Lithium Sulfur Battery Storage by 2016". OXIS Energy. 14 Temmuz 2015. 19 Eylül 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 22 Ağustos 2016. 
  46. ^ "OXIS battery powers driverless vehicle for the UK Government's Smart City Gateway programme". OXIS Energy. 22 Şubat 2015. 29 Nisan 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 22 Ağustos 2016. 
  47. ^ Propp (12 Ağustos 2016). "Multi-temperature state-dependent equivalent circuit discharge model for lithium-sulfur batteries". J. Power Sources. 328: 289-299. doi:10.1016/j.jpowsour.2016.07.090. 
  48. ^ "Lithium Sulfur batteries will be first commercialized by 2018 in electric bikes where energy density will be improved for eventual use in electric cars". nextbigfuture.com. 10 Haziran 2016. 3 Şubat 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Şubat 2017. 
  49. ^ "OXIS Rack-Mounted Battery" (PDF). OXIS Energy. 26 Ağustos 2018 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2017. 
  50. ^ "OXIS Energy Lithium-Sulfur Battery Technology Presentation". OXIS Energy. 3 Kasım 2016. 12 Kasım 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2017. 
  51. ^ "Oxis Energy files for bankruptcy". Chemical & Engineering News. 26 Haziran 2021. 15 Ağustos 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 15 Ağustos 2022.  Birden fazla yazar-name-list parameters kullanıldı (yardım); Yazar |ad1= eksik |soyadı1= (yardım)
  52. ^ "Sony battery to offer 40% longer phone life". Nikkei Asian Review. 17 Aralık 2015. 12 Ağustos 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 22 Ağustos 2016. 
  53. ^ "'World's most efficient lithium-sulphur battery' set for launch". The Engineer. 6 Ocak 2020. 7 Ocak 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 9 Ocak 2020. 
  54. ^ "Sulfur Battery Technology Could Make Electric Cars Go Three Times Further By 2024". Forbes (İngilizce). 28 Ağustos 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Ağustos 2022.  Yazar |ad1= eksik |soyadı1= (yardım)

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Lityum</span> sembolü Li atom numarası 3 olan kimyasal element

Lityum, sembolü Li atom numarası 3 olan kimyasal elementtir. Periyodik tabloda 1. grupta alkali metal olarak bulunur ve yoğunluğu en düşük olan metaldir. Lityum, yüksek reaktifliğinden dolayı doğada saf hâlde bulunmaz. Yumuşak ve gümüşümsü beyaz metaldir. Havada bulunan oksijenle reaksiyona giren lityum, lityum oksit (Li2O) oluşturur. Bu oksitlenme reaksiyonunu engellemek için yağ içinde saklanır. Hava ve su tarafından hızlı bir şekilde oksitlenip kararır ve lekelenir. Lityum metali doldurulabilir pillerde (örnek olarak cep telefonu ve kamera pili) ve ağırlığa yüksek direniş göstermesi sebebiyle alaşım olarak hava taşıtlarında kullanılır. Li+ iyonunun nörolojik etkilerinden dolayı, lityumlu bileşikler farmakolojik olarak sakinleştiricilerde kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Lityum iyon pil</span> şarj edilebilir pil türü

Bir lityum-iyon veya Li-iyon pil, enerji depolamak için lityum iyonlarının tersine çevrilebilir indirgemesini kullanan şarj edilebilir pil türüdür. Geleneksel lityum iyon pilinin anodu genelde karbon'dan yapılan grafit'tir. Katot genellikle metal oksit'tir. Elektrolit genelde bir organik çözücü içindeki lityum tuz'udur.

Alüminyum-hava pilleri, havadaki oksijenin alüminyum ile reaksiyonundan elektrik üretir. Tüm piller arasında en yüksek enerji yoğunluklarından birine sahiptirler, ancak yüksek anot maliyeti ve geleneksel elektrolitler kullanılırken çıkan yan ürün sorunları nedeniyle yaygın olarak kullanılmazlar. Bu durum, kullanımlarını esas olarak askeri uygulamalarla sınırlamıştır. Bununla birlikte, alüminyum pillere sahip bir elektrikli araç, bir lityum iyon pilin menzilinin sekiz katına kadar potansiyele sahiptir.

Enerji yoğunluğu birim hacim başına belirli bir sistemde saklanan enerji miktarıdır. Genelde, yalnızca kullanılabilir ya da elde edilebilir enerji miktarı göz önüne alınır. Bir başka deyişle, örneğin durağan kütlenin enerjisi ihmal edilir.

<span class="mw-page-title-main">Lityum pil</span>

Lityum pil, bir anot olarak lityuma sahip pildir.

<span class="mw-page-title-main">Lityum polimer pil</span> Polimer elektrolit kullanılan Lityum-iyon pil

Lityum polimer pil veya daha doğrusu lityum-iyon polimer pil, sıvı elektrolit yerine jel polimer elektrolit kullanan, lityum-iyon teknolojisine sahip şarj edilebilir bir pildir. Bu piller, diğer lityum pil türlerinden daha yüksek özgül enerji sağlar ve mobil cihazlar, radyo kontrollü uçaklar ve bazı elektrikli araçlar gibi ağırlığın kritik bir özellik olduğu uygulamalarda kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Metal-hava elektrokimyasal hücre</span>

Metal-hava elektrokimyasal hücre, saf metalden yapılmış bir anod ve çevre havasının harici bir katodunu, tipik olarak bir sulu elektrolit ile kullanan bir elektrokimyasal hücredir.

<span class="mw-page-title-main">Lityum tetrakloroalüminat</span> kimyasal bileşik

Lityum tetrakloroalüminat (LAC, lityum alüminyum klorür), LiAlCl4 formülüne sahip inorganik bir bileşiktir.

<span class="mw-page-title-main">Akira Yoshino</span>

Akira Yoshino, Nobel Kimya Ödüllü Japon kimyagerdir. Asahi Kasei şirketinin bir çalışanı ve Nagoya'daki Meijo Üniversitesi'nde profesördür. Dünyada ilk defa olarak cep telefonları ve dizüstü bilgisayarlarda kullanılacak olan güvenli, üretilebilir lityum iyon pili icat etti. Yoshino, 2019 yılında M. Stanley Whittingham ve John B.Goodenough ile Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldü.

Katı hal pili, lityum iyon veya lityum polimer pillerde bulunan sıvı veya polimer jel elektrolitler yerine katı elektrolit kullanan bir pil teknolojisidir.

Sodyum iyon pil, elektirik yükü taşıyıcıları olarak sodyum iyonlarını kullanan şarj edilebilir pildir. Çalışma prensibi ve hücre yapısı, lityum iyon pil (LIB) türleri ile benzerdir, ancak lityum yerine sodyum kullanılır. SIB'ler, eşitsiz coğrafi dağılım, yüksek çevresel etki ve lityumlu piller için gereken ancak sodyum-iyon pil türü için zorunlu olmayan lityum, kobalt, bakır ve nikel gibi birçok malzemenin yüksek maliyeti nedeniyle 2010'lar ve 2020'lerde ilgi gördü. Sodyum-iyon pillerin en büyük avantajı, sodyumun doğal bolluğudur. SIB'lerin benimsenmesine yönelik zorluklar, düşük enerji yoğunluğu ve yetersiz şarj-deşarj döngülerini içerir.

Lityum demir fosfat (LiFePO4 veya LFP pil (lityum ferrofosfat) pil; Katot olarak lityum demir fosfat (LiFePO4) ve anot olarak metalik arkalıklı bir grafit karbon kullanan bir lityum iyon pildir. Düşük maliyet, yüksek güvenlik, düşük toksisite, uzun döngü ömürleri ve diğer faktörler nedeniyle, LFP pilleri araç kullanımında, şebeke ölçeğinde yedek güç sistemlerinde yer bulmaktadır. LFP piller kobalt içermez. Eylül 2022 itibarıyla EV'ler için LFP tipi pilin pazar payı %31'e ulaştı ve bunun %68'i yalnızca Tesla ve Çinli EV üreticisi BYD üretiminden geldi. Çinli üreticiler şu anda LFP pil tipi üretiminde neredeyse tekele sahiptir. 2022'de patent sürelerinin dolmaya başlaması ve daha ucuz pillere olan talebin artmasıyla LFP tipi üretimin 2028'de lityum nikel manganez kobalt oksit (NMC) tipi pilleri geçecek şekilde artması bekleniyor.

Lityum nikel manganez kobalt oksitler (Li-NMC, LNMC veya NMC ), lityum, nikel, manganez ve kobaltın karışık metal oksitleridir. LiNixMnyCozO2 genel formülüne sahiptirler. En önemli temsilcileri, x + y + z'den oluşan geçiş metali sitesinde az miktarda 1'e yakın lityum bulunan bir bileşime sahiptir. Ticari NMC numunelerinde, bileşim tipik olarak < %5 fazladan lityum içerir. Bu gruptaki malzemeler yapısal olarak lityum kobalt(III) oksit (LiCoO2) ile yakından ilişkili katmanlı bir yapıya sahiptir ancak stokiyometride ideal bir Mn(IV), Co(III) ve Ni(II) 1:1:1 yük dağılımına sahiptir.

Alüminyum-iyon piller, alüminyum iyonlarının yük taşıyıcı olarak görev yaptığışarj edilebilir bir pil sınıfıdır. Alüminyum, iyon başına üç elektron değiştirebilir. Bu, bir Al3+ eklenmesinin üç Li+ iyonuna eşdeğer olduğu anlamına gelir. Bu nedenle, Al3+ (0,54 Å ) ve Li+ (0,76 Å) iyon yarıçapları benzer olduğundan, önemli ölçüde daha yüksek sayıda elektron ve Al3+ iyonları katotlar tarafından çok az hasarla kabul edilebilir. Al, Li'nin 50 katı (23,5 megavat-saat m-3) enerji yoğunluğuna sahiptir ve bu kömürden bile yüksektir.

Potasyum-iyon pil, şarj aktarımı için potasyum iyonları kullanan bir pil türüdür ve lityum-iyon pillere analogdur. 2004 yılında İranlı/Amerikalı kimyager Ali Eftekhari tarafından icat edildi.

Polimer bazlı pil, dökme metaller yerine organik malzemeler kullanır. Metal bazlı piller, sınırlı kaynaklar, olumsuz çevresel etki ve yaklaşan ilerleme sınırı nedeniyle zorluklar yaşamaktadır. Redoks aktif polimerler, sentezlenebilmeleri, kapasiteleri, esneklikleri, hafiflikleri, düşük maliyetleri ve düşük toksisiteleri nedeniyle cazip seçeneklerdir.

Lityum manganez demir fosfat (LMFP) pil, katot bileşeni olarak manganez içeren bir lityum demir fosfat pildir (LFP). 2023 itibarıyla birden fazla şirket LMFP pilleri ticari kullanım için hazırlıyordu. Satıcılar, LMFP pillerinin üstün performans elde ederken LFP ile maliyet açısından rekabet edebileceğini iddia ediyor.

Nanotop piller, karbon ve lityum demir fosfat gibi çeşitli malzemelerden oluşabilen nano boyutlu toplardan yapılmış katot veya anotlu deneysel bir pil türüdür. Nanoteknoloji kullanan piller, artırılmış yüzey alanları nedeniyle hızlı şarj ve deşarj gibi yüksek performansa izin pillerdir.

<span class="mw-page-title-main">Vanadyum redoks pili</span>

Vanadyum akış pili (VFB) veya vanadyum redoks akışlı pil (VRFB) olarak da bilinen bir tür şarj edilebilir akışlı pildir. Yük taşıyıcı olarak vanadyum iyonlarını kullanır. Pil, tek bir elektroaktif element içeren bir pil yapmak için vanadyumun dört farklı oksidasyon durumunda bir çözelti içinde var olma yeteneğini kullanır. Göreceli büyüklükleri de dahil olmak üzere çeşitli nedenlerle, vanadyum piller tipik olarak şebeke enerji depolaması için kullanılır, yani enerji santrallerine/elektrik şebekelerine takılır.

<span class="mw-page-title-main">Akış pili</span> Akış Bataryası

Akış pili veya redoks akış pili, bir zarın iki tarafında sistemden pompalanan sıvılarda çözünmüş iki kimyasal bileşen tarafından kimyasal enerjinin sağlandığı bir tür elektrokimyasal hücredir. Hücre içindeki iyon transferi, her iki sıvı da kendi ilgili alanlarında dolaşırken zar üzerinden gerçekleşir. Hücre voltajı kimyasal olarak Nernst denklemi ile belirlenir ve pratik uygulamalarda 1,0 ila 2,43 volt arasında değişir. Enerji kapasitesi elektrolit hacminin, güç elektrotların yüzey alanının bir fonksiyonudur.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.