Οι μπαταρίες λιθίου-θείου έχουν τη δυνατότητα να αποθηκεύουν πέντε έως δέκα φορές περισσότερη ενέργεια από τις συνήθεις μπαταρίες λιθίου-ιόντων, με σημαντικά χαμηλότερο κόστος. Οι συνήθεις μπαταρίες λιθίου-ιόντων χρησιμοποιούν οξείδιο κοβάλτη ως καθοδικό υλικό, ένα ακριβό ορυκτό που εξάγεται με επιβλαβή τρόπο για τον άνθρωπο και το περιβάλλον. Οι μπαταρίες λιθίου-θείου αντικαθιστούν το οξείδιο κοβάλτη με θείο, το οποίο είναι ευρέως διαθέσιμο και φθηνότερο, κοστίζοντας λιγότερο από το εκατοστό της τιμής του κοβαλτίου.
Όμως υπάρχει ένα πρόβλημα: Οι χημικές αντιδράσεις, ιδιαίτερα οι αντιδράσεις μείωσης του θείου, είναι πολύπλοκες και κακονοητές, και απρόσμενες παράπλευρες αντιδράσεις μπορούν να μειώσουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας ακόμα και πριν από τις παραδοσιακές μπαταρίες.
Τώρα όμως, ερευνητές υπό την καθοδήγηση των χημικών Xiangfeng Duan και Philippe Sautet από το UCLA έχουν αποκρυπτογραφήσει τις κύριες διαδρομές αυτής της αντίδρασης. Αυτά τα ευρήματα, περιγραμμένα σε ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature, θα βοηθήσουν στον τελειοποιημένο συντονισμό της αντίδρασης για τη βελτίωση της χωρητικότητας και της ανθεκτικότητας της μπαταρίας.
Η μείωση του θείου στις μπαταρίες λιθίου-θείου απαιτεί 16 ηλεκτρόνια για να μετατραπεί ένα θειικό μοριακό δαχτυλίδι με οκτώ μέλη σε θειούχο λιθίο σε ένα καταλυτικό δίκτυο με πολλά περίπλεκτα κλαδιά και διάφορα προϊόντα ενδιάμεσης καλουπόλησης που ονομάζονται θειούχο λιθία και πολλά άλλα παραπροϊόντα.
Καθώς αυτή είναι μια τόσο πολύπλοκη αντίδραση, με πολλά κλαδιά και πολλά σημαντικά προϊόντα ενδιάμεσης που είναι κρίσιμα για τη συνέχεια της αντίδρασης, ήταν δύσκολο να τη μελετήσουμε, πόσο μάλλον να αναγνωρίσουμε τα μέρη αυτής της διαδικασίας που χρειάζονται βελτίωση για μεγαλύτερη απόδοση της μπαταρίας.
“Παρά τις προσπάθειες που έχουν γίνει για τη βελτίωση της φαινομενικής απόδοσης των μπαταριών λιθίου-θείου, το βασικό μηχανισμό της αντίδρασης παραμένει άγνωστος”, δήλωσε ο Δρ. Duan, ο επικεφαλής συγγραφέας και καθηγητής χημείας και βιοχημείας στο UCLA. “Το κύριο κλαδί σε αυτό το δίκτυο αντίδρασης για τη μείωση του θείου βρίσκεται ακόμα υπό συζήτηση”.
Συχνές ερωτήσεις σχετικά με 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 συνήθεις μπαταρίες λιθίου-ιόντων χρησιμοποιούν ένα ακριβό ορυκτό, το οξείδιο κοβάλτη, το οποίο εξάγεται με επιβλαβή τρόπο για το περιβάλλον. Οι μπαταρίες λιθίου-θείου αντικαθιστούν το οξείδιο κοβάλτη με θείο, το οποίο είναι ευρέως διαθέσιμο και φθηνότερο.
3. Ποιες είναι οι προκλήσεις που σχετίζονται με τις μπαταρίες λιθίου-θείου;
Οι χημικές αντιδράσεις στις μπαταρίες λιθίου-θείου είναι πολύπλοκες και κακονοητές, με αποτέλεσμα 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 αποκρυπτογραφήσει κύριες στάδια της αντίδρασης μείωσης του θείου στις μπαταρίες λιθίου-θείου. Η εξήγηση αυτών των σταδίων θα βοηθήσει στη βελτίωση της χωρητικότητας και της ανθεκτικότητας της μπαταρίας.
5. Γιατί η αντίδραση μείωσης του θείου είναι δύσκολο να κατανοήσουμε;
Η αντίδραση μείωσης του θείου στις μπαταρίες λιθίου-θείου είναι πολύπλοκη και έχει πολλά κλαδιά. Υπάρχουν πολλά προϊόντα ενδιάμεσης που είναι απαραίτητα για τη συνέχεια της αντίδρασης, καθιστώντας δύσκολη τη μελέτη και τη βελτίωση της απόδοσης της μπαταρίας.
Ορισμοί:
– Μπαταρίες λιθίου-θείου: Μπαταρίες που χρησιμοποιούν θείο ως καθοδικό υλικό αντί του ακριβού οξειδίου κοβαλτίου.
– Μπαταρίες λιθίου-ιόντων: Μπαταρίες που χρησιμοποιούν οξείδιο κοβαλτίου ως καθοδικό υλικό.
– Αντίδραση μείωσης θείου: Ένα χημικό επεξεργασία με την οποία το θείο μετατρέπεται με προσθήκη ηλεκτρονίων και δημιουργία ποικίλων προϊόντων ενδιάμεσης.
– Θειούχο λιθία: Προϊόντα ενδιάμεσης της αντίδρασης μείωσης θείου στις μπαταρίες λιθίου-θείου.
Σχετικοί σύνδεσμοι:
– UCLA Homepage: https://www.ucla.edu
The source of the article is from the blog klikeri.rs