باتری لیتیوم سولفور

باتری لیتیوم سولفور چیست و ساختار آن چگونه است ؟

باتری لیتیوم سولفور یا لیتیوم گوگرد (Lithium–sulfur battery) (Li–S battery) از دسته باتری های قابل شارژ می باشد. جنس آند در این باتری از لیتیوم بوده و کاتد آن را از جنس گوگرد انتخاب کرده اند. کاربرد این باتری نیز همچون سایر باتری ها است و  برای ذخیره انرژی الکتریکی استفاده می شود.

مزایای باتری های لیتیوم سولفور نسبت به باتری های لیتیوم یون عبارتند از :

  • چگالی انرژی بالاتر
  • وزن کمتر
  • قیمت کمتر

به همین دلیل از این باتری ها می توان به جای باتری لیتیوم یونی استفاده نمود، البته هنوز نمونه تجاری باتری لیتیوم سولفور را در بازار ندیده ایم.

باتری لیتیوم سولفور

سولفور و باتری لیتیوم گوگرد چیست ؟

سولفور همان نام لاتین گوگرد می باشد که جایگاه آن گروه ششم جدول تناوبی استو در بالای عنصر اکسیژن نوشته شده است. این عنصر یک ماده مهم برای تمامی موجودات زنده می باشد.

مشخصات بارز نافلز گوگرد به طور کلی عبارت است از :

  •  بد بو
  • بدمزه
  • چند ظرفیتی

شما می توانید این ماده را بیشتر به شکل بلورهای زرد رنگ ببینید که در کانی های سولفید و سولفاد وجود دارند. فراوان ترین نوع گوگرد، سی آلوتروپ جامد گوگرد S8  می باشد و به شکل یک حلقه هشت تایی اتم های گوگرد دیده می شود، کهتعداد اتم های هر حلقه متفاوت می باشد. برای مثال، حلقه های این عنصر شش تایی و هفت تایی می باشد، که این تفاوت باعث تغییر رنگ آن می گردد. البته در اکثر مواقع سولفور، یک حلقه هشت تایی از اتم های عنصر گوگرد یافت می شود که می تواند اتم های لیتیوم را در خود ذخیره نماید.

دانشمندان معتقدند که این ویژگی باعث می شود که سولفور کاتد مناسبی برای باتری لیتیومی باشد.

عملکرد کاتد سولفور در باتری لیتیوم سولفور :

در قسمت قبلی گفتیم ساختار هشت تایی سولفور می تواند لیتیوم را جذب کند.

زمانی که لیتیوم وارد این ساختار می شود، این حلقه را می شکند و دو طرف این زنجیر دو اتم لیتیوم قرار می گیرد، که به هم متصل نیستند.

طی فرآیند بالا لیتیوم اولین مرحله خود را که جذب شدن به کاتد هست را طی می کند.

همچنین این فرآیند در واقع دشارژ نامیده می شود.

برای بار دوم زنجیر گوگرد می شکند و همان فرایند تکرار می شود و زنجیر کوچکتری باقی می ماند.

این پروسه با اضافه شدن لیتیوم به زنجیره هشت تایی سولفور ادامه پیدا می کند، تا جایی که زنجیره اولیه بشکند و به قطعات کوچکتر تقسیم شود.

البته زمانی که باتری لیتیوم سولفور در حال شارژ است؛ لیتیوم از کاتد (سولفور) خارج می شود.

تمامی فرآیند بالا برعکس انجام شده و زنجیره های کوچکتر به هم می پیوندند و زنجیره هشت تایی را پدید می آورند. باید توجه داشته باشید که دو محصولی که در هنگام دشارژ تولید می گردد، یعنی  Li2S و Li2S2 نافلز و نارسانا می باشند و کمکی به عبور الکترون نمی کنند .

در این نوع باتری ها معمولاً پلی‌ سولفیدها در الکترولیت ‌های معمول حل می شوند. در نتیجه حل شدن پلی سولفیدهای لیتیوم در الکترولیت باعث می شود که به پلی سولفید و یون لیتیوم تبدیل شوند و الکترون ها به پلی سولفیدها جذب شده و بار منفی را به آن ها القاء نمایند. البته ما برای شما شارژ و دشارژ باتری لیتیوم سولفور را با زبانی ساده بیان کردیم ولی بهتر است بدانید این فرآیند پیچیده می باشد.

به طور کلی فرآیند دشارژ خیلی پیچیده تر از فرآیند شارژ می باشد.

باتری لیتیوم سولفور

معایبباتری های لیتیوم سولفور :

همانطور که گفتیم باتری های لیتیوم سولفور هنوز تجاری نشده اند.

یکی از مهمترین معایبی که این نمونه باتری دارند این است که برای اینکه انرژی واکنش های این باتری را تأمین کنیم، نیاز داریم مقدار زیادی سولفور در باتری استفاده نماییم. این نشان می دهد که هرچه سولفور کاتد بیشتر باشد، لیتیوم بیشتری به آن جذب می شود که در واقع باتری می تواند دشارژ بیشتری انجام دهد و انرژی بیشتری از سمت آند آزاد خوهد شد.

تمامی فرآیند بالا نشان می دهد که انرژی بیشتری از این باتری به دست می آید.

البته مشکل اینجاست که حجم بالای سولفور عوارضی در پی دارد.

یکی از این مشکلات این است که به علت رسانایی پایینی که سولفور دارد، حتی اگر هم میزان زیادی از آن را در باتری استفاده کنیم، واکنش لیتیوم و سولفور به کندی انجام می شود. زیرا الکترون برای اینکه بخواهد در باتری لیتیوم سولفور حرکت کند به موانعی همچون سولفور و فرآورده هایش برخورد می کند که این اجازه را که به ناحیه واکنش برسد به آن نمی دهند.

اگر هم از مقدار کمی سولفور استفاده کنید، انرژی کافی برای فرآیند تأمین نمی شود.

البته راه حل این است که سولفور در این باتری به صورت تک لایه با حجم زیاد استفاده شود.

این موضوع باعث می شود حجم و وزن باتری لیتیوم سولفور بسیار بالا باشد.

اگر بخواهیم این باتری ها را به صنعت باتری سازی اضافه نماییم باید مشخصات زیر را داشته باشند :

  •  انرژی بیشتر از 400Wh/kg
  • ظرفیت سطحی بالاتر از 4mAh/cm2

برای اینکه این دو شرط برقرار شود حتماً باید مقدار سولفوری که استفاده می شود بیشتر از 2mg/cm2 باشد.

لطفا نظر خود را در ارتباط با این موضوع با ما و دیگر کاربران به اشتراک بگذارید.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

اسکرول به بالا