Οι μπαταρίες λιθίου-θείου έχουν τη δυνατότητα να αποθηκεύουν πέντε έως δέκα φορές περισσότερη ενέργεια από τις μπαταρίες λιθίου-ιόντων που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος, και με σημαντικά χαμηλότερο κόστος. Οι μπαταρίες λιθίου-ιόντων που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος χρησιμοποιούν οξείδιο του κοβαλτίου ως καθόδο, ένα ακριβό μεταλλικό ορυκτό που εξορύσσεται με επιβλαβή τρόπο για τον άνθρωπο και το περιβάλλον. Οι μπαταρίες λιθίου-θείου αντικαθιστούν το οξείδιο του κοβαλτίου με θείο, το οποίο είναι πλούσια διαθέσιμο και φθηνό, κοστίζοντας λιγότερο από το ένα εκατομμύριοστο της τιμής του κοβαλτίου.
Αλλά υπάρχει ένα πρόβλημα: Οι χημικές αντιδράσεις, ειδικά οι αντιδράσεις αναγωγής του θείου, είναι πολύπλοκες και κακονοημένες, και ανεπιθύμητες παράπλευρες αντιδράσεις μπορούν να μειώσουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας ακόμα και πριν από τις παραδοσιακές μπαταρίες.
Τώρα, ερευνητές υπό την καθοδήγηση των χημικών Σιάνγκφενγκ Ντουαν και Φιλίπ Σωτέτ από το UCLA έχουν κωδικοποιήσει τις κλειδικές κατευθύνσεις αυτής της αντίδρασης. Αυτά τα ευρήματα, περιγραμμένα σε άρθρο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature, θα βοηθήσουν να βελτιωθεί η απόδοση της μπαταρίας και η αντοχή της.
Η αναγωγή του θείου στις μπαταρίες λιθίου-θείου απαιτεί 16 ηλεκτρόνια για να μετασχηματιστεί ένα οκταμελές δακτυλίδι θείου σε θειούχο λιθίου σε ένα δίκτυο προωθημένο καταλύτη με πλήθος παράλληλων κλαδιών και διάφορα ενδιάμεσα προϊόντα που ονομάζονται θειούχα λίθια και πολλά άλλα παραπροϊόντα.
Διότι πρόκειται για μία τόσο πολύπλοκη αντίδραση, με πολλά κλαδιά και πολλά σημαντικά ενδιάμεσα προϊόντα που είναι κρίσιμα για την συνέχιση της αντίδρασης, ήταν δύσκολο να μελετηθεί, πόσο μάλλον να ταυτοποιηθούν μέρη αυτής της διαδικασίας που χρειάζονται βελτίωση για καλύτερη απόδοση της μπαταρίας.
“Παρά τις πολλές προσπάθειες για να βελτιωθεί η φαινομενική απόδοση των μπαταριών λιθίου-θείου, το θεμελιώδες μηχανισμό της αντίδρασης παραμένει άγνωστος”, δήλωσε ο κ. Ντουαν, ο κύριος συγγραφέας και καθηγητής χημείας και βιοχημείας στο UCLA. “Το κύριο κλαδί σε αυτό το δίκτυο αντίδρασης για τη μείωση του θείου είναι ακόμα υπό συζήτηση.”
Συχνές ερωτήσεις για τις μπαταρίες λιθίου-θείου
1. Ποια είναι τα πλεονεκτήματα των μπαταριών λιθίου-θείου;
Οι μπαταρίες λιθίου-θείου έχουν μεγαλύτερη δυνατότητα αποθήκευσης ενέργειας, πέντε έως δέκα φορές μεγαλύτερη από τις μπαταρίες λιθίου-ιόντων. Επιπλέον, έχουν χαμηλότερο κόστος παραγωγής.
2. Γιατί οι μπαταρίες λιθίου-θείου είναι πιο φιλικές προς το περιβάλλον;
Οι μπαταρίες λιθίου-ιόντων που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος χρησιμοποιούν ένα ακριβό ορυκτό, το οξείδιο του κοβαλτίου, το οποίο εξορύσσεται με επιβλαβή τρόπο για το περιβάλλον. Οι μπαταρίες λιθίου-θείου αντικαθιστούν το οξείδιο του κοβαλτίου με θείο, το οποίο είναι πλούσια διαθέσιμο και φθηνό.
3. Ποιες είναι οι προκλήσεις που συνδέονται με τις μπαταρίες λιθίου-θείου;
Οι χημικές αντιδράσεις στις μπαταρίες λιθίου-θείου είναι πολύπλοκες και κακονοημένες, οδηγώντας σε ανεπιθύμητες παράπλευρες αντιδράσεις και μείωση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας.
4. Ποιες είναι οι πρόσφατες επιστημονικές ανακαλύψεις που σχετίζονται με τις μπαταρίες λιθίου-θείου;
Οι ερευνητές από το UCLA έχουν κωδικοποιήσει τα κλειδικά στάδια της αντίδρασης μείωσης του θείου στις μπαταρίες λιθίου-θείου. Η εξήγηση αυτών των σταδίων θα βοηθήσει στη βελτίωση της χωρητικότητας και της αντοχής της μπαταρίας.
5. Γιατί η αντίδραση μείωσης του θείου είναι δύσκολη στην κατανόηση;
Η αντίδραση μείωσης του θείου στις μπαταρίες λιθίου-θείου είναι πολύπλοκη και έχει πολλά κλαδιά. Υπάρχουν πολλά ενδιάμεσα προϊόντα που είναι απαραίτητα για τη συνέχιση της αντίδρασης, καθιστώντας τη δυσκολία της μελέτης και την βελτίωση της απόδοσης της μπαταρίας.
Ορισμοί:
– Μπαταρίες λιθίου-θείου: Μπαταρίες που χρησιμοποιούν θείο ως καθόδο αντί του ακριβού οξειδίου του κοβαλτίου.
– Μπαταρίες λιθίου-ιόντων: Μπαταρίες που χρησιμοποιούν οξείδιο του κοβαλτίου ως καθόδο.
– Αντίδραση μείωσης του θείου: Μια χημική αντίδραση στην οποία το θείο μετασχηματίζεται προσθέτοντας ηλεκτρόνια και δημιουργώντας διάφορα ενδιάμεσα προϊόντα.
– Θειούχα λίθια: Ενδιάμεσα προϊόντα της αντίδρασης μείωσης του θείου στις μπαταρίες λιθίου-θείου.
Σχετικοί σύνδεσμοι:
– UCLA Homepage https://www.ucla.edu
The source of the article is from the blog mgz.com.tw