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案例3 锂硫电池放电电位与电解液类型
2022-11-15  
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关键能力点

本案例涉及的关键能力点包括①理解电化学基本概念,具备专业表述和理解本领域相关专业问题的能力;②能运用专业知识分析电化学工程实践中的相关工程问题,对影响工程问题的因素和内在原因进行研究并得出有效结论。

案例分析思路

锂硫电池中,硫电极有大量中间产物溶解在电解质中参与反应,由于电解液并非理想溶液,中间产物多硫化锂与溶剂分子之间存在相关作用,中间产物的转化必然受到相互作用的影响。不同施主数和介电常数的有机溶剂对多硫化锂的相互作用程度并不相同,因而对硫电极反应的影响有也不相同。强极性的有机溶剂,如DMI、DMSO等对多硫化锂具有较大的相互作用能,相比与弱极性的DME/DOL电解液,固态硫转换为多硫化锂的整个过程的ΔG1相对较大,根据能斯特方程,具有较高的平台电压。同时,在这些强极性电解液中,多硫化锂转换为不溶解的Li2S过程中多硫化锂重新去溶剂化需要消耗的能量抵消了一部分反应的自由能降低,ΔG2相对较小,因此其反应电位也相对较低。从总体来看,电极反应过程是从固态硫到硫化锂的转变,其ΔG是恒定的,反应平均不受电解液类型的影响。

参考文献

[1] Zou Q, Lu Y C. Solvent-dictated lithium sulfur redox reactions: an operando UV–vis spectroscopic study[J]. The journal of physical chemistry letters, 2016, 7(8): 1518-1525.

[2] Huang Z, Meng J, Zhang W, et al. 1, 3-Dimethyl-2-imidazolidinone: an ideal electrolyte solvent for high-performance Li–O2 battery with pretreated Li anode[J]. Science Bulletin, 2022, 67(2): 141-150.





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