Влияние свойств углеродных материалов на удельную энергию и длительность циклирования литий-серных аккумуляторов

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).

Изучено влияние структуры и величины удельной поверхности углеродных материалов, входящих в состав положительных электродов, на закономерности циклирования литий-серных ячеек – глубину электрохимического восстановления серы и полисульфидов лития, изменение емкости и кулоновской эффективности циклирования. Исследования показали, что глубина электрохимических превращений серы и полисульфидов лития определяется не только величиной удельной поверхности углеродного материала, входящего в состав положительных электродов, но и структурой и морфологией поверхности частиц углеродных материалов.

Авторы:

Карасёва Елена Владимировна, Институт органической химии Уфимского научного центра РАН, 450054, г. Уфа, пр-т Октября 71, karaseva@anrb.ru

Кузьмина Елена Владимировна, Институт органической химии Уфимского научного центра РАН, 450054, г. Уфа, пр-т Октября 71, kuzmina@anrb.ru

Шакирова Н. В., Институт органической химии Уфимского научного центра РАН, 450054, г. Уфа, пр-т Октября 71

Колосницын Владимир Сергеевич, Институт органической химии Уфимского научного центра РАН, 450054, г. Уфа, пр-т Октября 71, kolos@anrb.ru

Ключевые слова:

литий-серные аккумуляторы, углеродные материалы, удельная поверхность, углеродные сажи, углеродные нанотрубки, углеродные волокна, графит, графен

Литература

1. Deng W., Phung J., Li G., Wang X. Realizing high-performance lithium-sulfur batteries via rational design and engineering strategies // Nano Energy. 2021. Vol. 82. Article number 105761. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105761

2. Lopez C. V., Maladeniya C. P., Smith R. C. Lithium-Sulfur Batteries: Advances and Trends // Electrochem. 2020. Vol. 1. P. 226–259. https://doi.org/10.3390/electrochem1030016

3. Dörfler S., Walus S., Locke J., Fotouhi A., Auger D. J., Shateri N., Abendroth T., Härtel P., Althues H., Kaskel S. Recent Progress and Emerging Application Areas for Lithium–Sulfur Battery Technology // Energy Technol. 2021. Vol. 9. Article number 2000694. https://doi.org/10.1002/ente.202000694

4. Chung S.-H., Manthiram A. Current Status and Future Prospects of Metal–Sulfur Batteries // Adv. Mater. 2019. Vol. 31. Article number 1901125. https://doi.org/10.1002/adma.201901125

5. Ely T. O., Kamzabek D., Chakraborty D., Doherty M. F. Lithium-Sulfur Batteries: State of the Art and Future Directions // ACS Appl. Energy Mater. 2018. Vol. 1, № 5. P. 1783–1814. https://doi.org/10.1021/acsaem.7b00153

6. Leonet O., Doñoro Á., Fernández-Barquı́n A., Kvasha A., Urdampilleta I., Blázquez J. A. Understanding of Crucial Factors for Improving the Energy Density of Lithium-Sulfur Pouch Cells // Front. Chem. 2022. Vol. 10. Article number 888750. https://doi.org/10.3389/fchem.2022.888750

7. Hannauer J., Scheers J., Fullenwarth J., Fraisse B., Stievano L., Johansson P. The Quest for Polysulfides in Lithium–Sulfur Battery Electrolytes: An Operando Confocal Raman Spectroscopy Study // ChemPhysChem. 2015. Vol. 16, № 13. P. 2755–2759. https://doi.org/10.1002/cphc.201500448

8. Harks P. P. R. M. L., Robledo C. B., Verhallen T. W., Notten P. H. L., Mulder F. M. The Significance of Elemental Sulfur Dissolution in Liquid Electrolyte Lithium Sulfur Batteries // Adv. Energy Mater. 2016. Vol. 7, № 3. Article number 1601635. https://doi.org/10.1002/aenm.201601635

9. Rezan D.-C. Li-S Batteries: The Challenges, Chemistry, Materials, and Future Perspectives. 1^st ed. World Scientific Publishing Europe Ltd, 2017. 372 p.

10. Borchardt L., Oschatz M., Kaskel S. Carbon Materials for Lithium Sulfur Batteries – Ten Critical Questions // Chem. Eur. J. 2016. Vol. 22. P. 7324–7351. https://doi.org/10.1002/chem.201600040

11. Zheng J., Lv D., Gu M., Wang C., Zhang J.-G., Liu J., Xiao J. How to Obtain Reproducible Results for Lithium Sulfur Batteries? // J. Electrochem. Soc. 2013. Vol. 160, № 11. P. A2288–A2292. https://doi.org/10.1149/2.106311jes

12. Jozwiuk A., Sommer H., Janek J., Brezesinski T. Fair performance comparison of different carbon blacks in lithium-sulfur batteries with practical mass loadings – Simple design competes with complex cathode architecture // J. Power Sources. 2015. Vol. 296. P. 454–461. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.07.070

13. Jeong B. O., Kwon S. W., Kim T. J., Lee E. H., Jeong S. H., Jung Y. Effect of Carbon Black Materials on the Electrochemical Properties of Sulfur-Based Composite Cathode for Lithium-Sulfur Cells // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2013. Vol. 13. P. 7870–7874. https://doi.org/10.1166/jnn.2013.8111

14. Kumaresan K., Mikhaylik Yu., White R. E. A Mathematical Model for a Lithium-Sulfur Cell // J. Electrochem. Soc. 2008. Vol. 155, № 8. P. A576–A582. https://doi.org/10.1149/1.2937304

15. Wild M., O’Neill L., Zhang T., Purkayastha R., Minton G., Marinescu M., Offer G. J. Lithium Sulfur Batteries, A Mechanistic Review // Energy Environ. Sci. 2015. Vol. 8. P. 3477–3494. https://doi.org/10.1039/C5EE01388G

16. Kolosnitsyn V. S., Kuzmina E. V., Karaseva E. V. On the reasons for low sulphur utilization in the lithium-sulphur batteries // J. Power Sources. 2015. Vol. 274. P. 203–210. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.10.029

Журнал:

2022. Т. 22, № 4,

DOI:

https://doi.org/10.18500/1608-4039-2022-22-4-181-193

Текст в формате PDF:

скачать

(downloads: 58)