リチウム・硫黄電池
Li-S電池における化学過程には放電中のアノード表面からのリチウム溶解(アルカリ金属ポリスルフィド塩への取り込み)や充電中のアノードへの逆リチウムめっきがある。これはリチウムイオンがアノードやカソードにインターカレートされる従来のリチウムイオン電池とは対照的である。1つの硫黄電子は2つのリチウムイオンをホストすることができる。普通、リチウムイオン電池はホスト原子1つあたり0.5-0.7リチウムイオンしか収容しない。結果的にLi-Sははるかに高いリチウム貯蔵密度を持つ。電池が放電するにつれ、ポリスルフィドはカソード表面上で順次還元されていく。
S 8 ⟶ Li 2 S 8 ⟶ Li 2 S 6 ⟶ Li 2 S 4 ⟶ Li 2 S 3 {\displaystyle {\ce {S_8 -> Li_2S_8 -> Li_2S_6 -> Li_2S_4 -> Li_2S_3}}}
電池が充電されるにつれ、硫黄ポリマーが多孔性拡散セパレータを横切ってカソード上に生じる。
代表的な問題点は、
放電容量・充電容量の低下を生じる。
繰り返し寿命が短い。
事である。
具体的には、カソード中の硫黄がリチウムを吸収するとき、リチウムポリスルフィド LixS の体積が膨張することである。Li2S では元の硫黄の体積から約80%も膨張する。この体積変化はカソードの構造に大きな力学的負荷を生じさせ、炭素と硫黄の間の接触面積が減少し、炭素表面へのリチウムイオンの流れが妨げられる。
リチウムポリスルフィドの力学的特性はリチウム含有量に強く依存し、リチウムが増加するにつれて強度は向上するが、その向上度合いはリチウム含有量に比例しない
ほとんどのLi-S電池の主要な欠点の1つに電解液との望まない反応がある。S および Li2S はほとんどの電解液に比較的不溶であるが、多くの中間体のポリスルフィドはそうではない。Li2S"n" を電解液に溶かすと活性硫黄が不可逆的に失われる。負極として反応性の高いリチウムを使用すると、一般的に使われる電解液のほとんどが解離する。アノード表面に保護膜を使うことが電池の安全性を改善するために研究されている。テフロンコーティングを用いると電解液の安定性が改善され、LIPONやLi3Nも将来有望な性能を示した。