ISSN 1608-4039 (Print)
ISSN 1680-9505 (Online)

Для цитирования:

Карасёва Е. В., Колосницын Д. В., Кузьмина Е. В., Колосницын В. С. Влияние поверхностной ёмкости положительных электродов на длительность циклирования литий-серных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2022. Т. 22, вып. 3. С. 113-128. DOI: 10.18500/1608-4039-2022-22-3-113-128, EDN: BAROQI

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 145)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Литиевые электрохимические системы
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
541.136/.136.88
DOI: 
10.18500/1608-4039-2022-22-3-113-128
EDN: 
BAROQI

Влияние поверхностной ёмкости положительных электродов на длительность циклирования литий-серных аккумуляторов

Авторы: 
Карасёва Елена Владимировна, Институт органической химии Уфимского научного центра РАН
Колосницын Дмитрий Владимирович, Уфимский Институт химии Уфимского федерального исследовательского центра РАН
Кузьмина Елена Владимировна, Институт органической химии Уфимского научного центра РАН
Колосницын Владимир Сергеевич, Институт органической химии Уфимского научного центра РАН
Аннотация: 

Изучено влияние содержания серы в положительных электродах (поверхностной ёмкости серных электродов) на характеристики литий-серных ячеек с электролитами на основе сульфолана – глубину электрохимического восстановления серы, изменение ёмкости и кулоновской эффективности в процессе циклирования. Показано, что причиной снижения ёмкости литий-серных ячеек на начальном этапе циклирования является вытеснение серы из тыльных областей пористого положительного электрода на лицевые (фронтальные). Установлено, что для достижения максимально возможной удельной энергии литий-серных аккумуляторов с электролитами на основе сульфолана поверхностная ёмкость положительных электродов должна лежать в диапазоне 2-3 мА⋅ч/см2.

Ключевые слова: 
литий-серные ячейки (аккумуляторы)
содержание серы в положительном электроде
поверхностная ёмкость серного электрода
полисульфиды лития
циклирование
электролиты на основе сульфолана
Благодарности: 
Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 122031400252-2 «Электродные материалы и электролитные системы для перспективных накопителей энергии» и по теме № 121111900148-3 «Экспериментальные и теоретические исследования энергоёмких электродных и электролитных материалов для электрохимических накопителей энергии». Работа выполнена на оборудовании Центра коллективного пользования «Химия».
Список источников: 
  1. Beyond Li-Ion High Energy & Power Cells Market: [презентация] / Shmuel De-Leon Energy, Ltd. 2018. URL: https://www.sdle.co.il/wp-content/uploads/2018/12/27-Beyond-Li-Ion-battery-High-Energy-and-Power-Cells-Market2018-for-conferences.pdf (дата обращения: 26.09.2022).
  2. Risse S., Angioletti-Uberti S., Dzubiella J., Ballauff M. Capacity fading in lithium/sulfur batteries: A linear four-state model // J. Power Sources. 2014. № 267. P. 648–654. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.05.076
  3. Mikhaylik Y. V., Akridge J. R. Polysulfide Shuttle Study in the Li/S Battery System // J. Electrochem. Soc. 2004. Vol. 151, № 11. P. A1969–A1976. https://doi.org/10.1149/1.1806394
  4. Newman J. S., Tobias C. W. Theoretical Analysis of Current Distribution in Porous Electrodes // J. Electrochem. Soc. 1962. Vol. 109. P. 1183–1191.
  5. Newman J., Thomas-Alyea E. K. Electrochemical System. 3rd ed. Canada : John Wiley & Sons, 2014. 641 p.
  6. Ксенжек О. С. Пористые электроды. Теория, методы исследования, некоторые вопросы применения: дис. … д-ра хим. наук. Днепропетровск, 1965. 298 с.
  7. Electrolytes for Lithium and Lithium-Ion Batteries / eds. T. R. Jow, K. Xu, O. Borodin, M. Ue. Springer, 2014. Vol. 58. 476 p. (Modern Aspects of Electrochemistry). https://doi.org/10.1007/978-1-4939-0302-3
  8. Мочалов С. Э., Антипин А. В., Нургалиев А. Р., Колосницын В. С. Многоканальный потенциостат-гальваностат для циклических испытаний аккумуляторов и электрохимических ячеек // Электрохимическая энергетика. 2015. Т. 15, № 1. С. 45–50.
  9. Мочалов С. Э., Антипин А. В., Колосницын В. С. Многоканальное устройство тестирования вторичных химических источников тока и электрохимических ячеек // Научное приборостроение. 2009. Т. 19, № 3. С. 88–92.
  10. Мочалов С. Э., Антипин А. В., Нургалиев А. Р., Колосницын Д. В., Колосницын В. С. Аппаратно-программный комплекс для исследования зарядно-разрядных характеристик вторичных химических источников тока // Приборы и техника эксперимента. 2021. № 4. С. 133–140. https://doi.org/10.31857/S0032816221040078
  11. Свид. 2021668129 РФ. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. «ElChemLab, DATA Analyzer ver. 2.0» / Д. В. Колосницын ; правообладатель УФИЦ РАН (RU). Опубл. 10.11.2021. Реестр программ для ЭВМ. 1 с.
  12. Колосницын Д. В., Кузьмина Е. В., Карасева Е. В. Автоматизация обработки данных электрохимических исследований аккумуляторных ячеек // Электрохимическая энергетика. 2019. Т. 19, № 4. С. 186–197. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2019-19-4-186-197
  13. Zheng D., Wang G., Liu D., Si J., Ding T., Qu D., Yang X., Qu D. The Progress of Li-S Batteries – Understanding of the Sulfur Redox Mechanism: Dissolved Polysulfide Ions in the Electrolytes // Advanced Material Technologies. 2018. Vol. 3, № 9. Article number 1700233. https://doi.org/10.1002/admt.201700233
  14. Хамитов Э. М., Кузьмина Е. В., Колосницын Д. В., Колосницын В. С. Теоретическое исследование электрохимического восстановления серы в литий-серных ячейках: образование октасульфида лития // Журн. физ. химии. 2019. Т. 93, № 6. С. 895–899.
  15. Schön P., Krewer U. Revealing the complex sulfur reduction mechanism using cyclic voltammetry simulation // Electrochimica Acta. 2021. Vol. 373, № 12. Article number 137523. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.137523
  16. Zou Q., Lu Y.-C. Solvent-Dictated Lithium Sulfur Redox Reactions: An Operando UV-vis Spectroscopic Study // J. Phys. Chem. Lett. 2016. Vol. 7. P. 1518–1525. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.6b00228
  17. Колосницын В. С., Шеина Л. В., Мочалов С. Э. Физико-химические и электрохимические свойства растворов литиевых солей в сульфолане // Электрохимия. 2008. Т. 44, № 5. С. 620–623.
Поступила в редакцию: 
13.10.2022
Принята к публикации: 
24.10.2022
Опубликована: 
30.11.2022