Аккумуляторы литий-алюминий-сульфид железа

Высокотемпературные аккумуляторы. К этому классу относятся аккумуляторы на электрохимических системах натрий-сера, литий-сера, литий-алюминий-сульфид железа, работающие с твёрдым или расплавленным электролитом при температурах 300-450 °С.

Аккумуляторы литий-алюминий-сульфид железа. Сложность изготовления устойчиво работающего серно-натриевого аккумулятора с твёрдым электролитом стимулировала работы по использованию расплавленного электролита в качестве альтернативы неводному электролиту. Применение расплавленного электролита позволяет работать с системами, ЭДС которых заведомо больше 1,48 В, т. е. выше напряжения разложения воды. Реализация расплавленного электролита (эвтектической смеси LiCl и КО) была осуществлена в элементе литий-сера. Осуществлялось гравитационное разделение активных масс за счёт меньшей плотности лития в сравнении с серой. Однако такая конструкция оказалась неудачной, поскольку аккумулятор необходимо было строго ориентировать, исключалась многоэлектродная сборка и, кроме того, имелась серьёзная проблема диффузии лития и полисульфидов в электролит.

В значительной степени от этих недостатков свободен электрохимический аккумулятор, представляющий собой принципиальное видоизменение литий-серного, т. е. аккумулятор с активными массами на основе литий-алюминиевого сплава (-) и сульфида железа (+). Работа данного аккумулятора протекает в соответствии с электрохимической реакцией:

image002

Электролит – смесь КО и LiCl. Аккумулятор имеет ЭДС 1,33 В и теоретическую удельную энергию 458 Вт·ч/кг. Отрицательный электрод – интерметаллический сплав лития и алюминия с температурой плавления около 600 °С. В области содержания лития в сплаве 10-45 % электрохимический потенциал сплава (+0,3 В против обратимого литиевого электрода) остается практически постоянным, что позволяет иметь пологую разрядную характеристику электрода. Положительный электрод готовится прессованием на железный токоподвод сульфида железа и графита с добавкой сульфида меди. Сепаратор – нитрид бора (BN) или окись иттрия. Для улучшения смачиваемости в сепараторную матрицу добавляется LiAlCl4 .

При циклировании аккумулятора емкостью 300 А·ч получено свыше 300 циклов, причем к 300-му циклу удельная энергия по аккумулятору составляла 100 Вт·ч/кг, а падение энергии по отношению к первоначальной составило 40 %.

Основным препятствием для увеличения электрического ресурса аккумулятора являются короткие замыкания вследствие механического прорастания железа при заряде и агломерация литий-алюминиевого сплава.

Модификацией описанного аккумулятора является аккумулятор на базе электрохимической системы

image004

Существенным отличием данного аккумулятора является более высокая удельная энергия (944 Вт·ч/кг). Токообразующая реакция имеет следующий вид:

image006

При разряде образуется ряд промежуточных соединений Li2Si, Li2Si8 и т. д., равновесные потенциалы которых сравнительно мало отличаются друг от друга, обусловливая пологую разрядную характеристику. Разрез аккумулятора дисковой конструкции приведён на рис. 2.12, из которого следует, что, несмотря на сравнительно доступные материалы для электродов, материалы для сепаратора, уплотнения и токовывода являются экзотическими.

Достигнутая удельная энергия равна 180 Вт·ч/кг при удельной мощности 7,5 Вт/кг и 120 Вт·ч/кг при удельной мощности 30 Вт/кг, что стимулирует дальнейшие работы по совершенствованию источника этого типа, тем более что достигнутый срок службы составил около 700 циклов

. image008

Рис. 2.12. Многоэлектродный литий-алюминий-сульфиджелезный аккумулятор:

1 – положительный электрод; 2 – сепаратор; 3 – отрицательный электрод; 4 – изолирующая прокладка; 5 – керамическое уплотнение; 6 – питатель электролита; 7 – стопор; 8 – крышка

 

 

Проверено корректором: 
yes

Комментарии

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
  • Адреса страниц и электронной почты автоматически преобразуются в ссылки.
  • Доступны HTML теги: <a> <em> <strong> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd>
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.

Подробнее о форматировании

CAPTCHA
This question is for testing whether you are a human visitor and to prevent automated spam submissions.
Image CAPTCHA
Enter the characters shown in the image.