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

Для цитирования:

Карасёва Е. В., Кузьмина Е. В., Шакирова Н. В., Колосницын В. С. Влияние свойств углеродных материалов на удельную энергию и длительность циклирования литий-серных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2022. Т. 22, вып. 4. С. 181-193. DOI: 10.18500/1608-4039-2022-22-4-181-193, EDN: LBGSLS

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 85)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Литиевые электрохимические системы
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
44.643.076.2:(546.34+546.22)
DOI: 
10.18500/1608-4039-2022-22-4-181-193
EDN: 
LBGSLS

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

Авторы: 
Карасёва Елена Владимировна, Институт органической химии Уфимского научного центра РАН
Кузьмина Елена Владимировна, Институт органической химии Уфимского научного центра РАН
Шакирова Н. В., Институт органической химии Уфимского научного центра РАН
Колосницын Владимир Сергеевич, Институт органической химии Уфимского научного центра РАН
Аннотация: 

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.

Ключевые слова: 
литий-серные аккумуляторы
углеродные материалы
удельная поверхность
углеродные сажи
углеродные нанотрубки
углеродные волокна
графит
графен
Благодарности: 
Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 122031400252-2 «Электродные материалы и электролитные системы для перспективных накопителей энергии». Исследования частично были проведены при финансовой поддержке РФФИ, проект №16-29-06190 «Разработка и исследования новых материалов на основе графена и его функционализированных производных для литий-серных аккумуляторов с высокой удельной энергией и мощностью». Работа выполнена на оборудовании Центр коллективного пользования «Химия».
Список источников: 
  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. 1st 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
Поступила в редакцию: 
01.12.2022
Принята к публикации: 
12.12.2022
Опубликована: 
23.12.2022