Характеристики литиевых элементов с неводным электролитом

Электрохимическая система	Напряжение разомкнутой цепи, В	Рабочее напряжение U, В	*Wmтеор, (Wm) Вт∙ч/кг	Диапазон рабочих температур, °C	Само-разряд в год, %
Литий-дисульфид железа Li-FeS2	1,75	1,6−1,4	1273	–40 − +70	−
Литий-сульфид меди Li-CuS	2,12	1,6−1,5	557	−	−
Литий-оксид меди Li-CuO	2,24	1,5−1,2	1285 (300)	–10 − +70	−
Литий-дисульфид молибдена Li-MoS2	2,40	−	740	−	−
Литий-дисульфид титана Li-TiS2	2,45	−	552	−	−
Литий-йод Li-I2	2,77	2,4−2,2	560	–10 − +60	до 1
Литий-окифосфат меди Li-Cu4O(PO4)2	2,80	2,5	1146	−	−
Литий-поли-фторуглерод Li-(CFy)n	2,82	2,8−2,0	2192 (470)	–40 − +85	до 2
Литий-триоксид молибдена Li-MoO3	2,90	−	515	−	−
Литий-диоксид серы Li-SO2	3,10	2,9−2,6	1175 (350)	–60 − +70	до 2
Литий-хромат серебра Li-AgCrO4	3,31	3,2−2,7	513	−	−
Литий-диоксид марганца Li-MnO2	3,50	3,0−2,0	1075 (250)	–20 − +50	1−2,5
Литий-оксид ванадия Li/V2O5	3,50	3,0	497	–30 − +50	до 2,5
Литий-тионилхлорид Li-SOCl2	3,66	3,5−3,0	1477 (750)	–70 − +70 до +130	1,5−2
Литий-сульфурил хлорид Li-SO2Cl2	3,91	3,2	1405	–70 − +100 до +150

W_m^теор, (W_m) − теоретическая и практическая удельная энергия

При разряде твердых катодов (оксидов, халькогенидов и т. п.) первичным процессом во всех случаях являются десольватация иона лития и его внедрение в кристаллическую решетку с одновременным понижением валентности металла за счет электронов, поступающих из внешней цепи [1]. Например:

V₂O₅ + xLi⁺ + xe^– → Li_xV₂O₅, (2)

MoO₃ + xLi⁺ + xe^-→ Li_xMoO₃. (3)

Получаемое соединение может быть стабильным и являться продуктом разряда, если оно имеет достаточно большой объем элементарной ячейки кристаллической решетки. Подобные соединения могут работать обратимо, так что катион Li⁺ может быть выведен обратно в раствор при изменении направления электрического тока. Процесс внедрения Li⁺ называют интеркаляцией, а образовавшиеся соединения внедрения – интеркалятами. Такие вещества могут использоваться в литиевых аккумуляторах.

Если объем элементарной ячейки кристаллической решетки катодного материала мал, то внедрение иона лития сопровождается разрушением кристаллической решетки, а продуктами катодного процесса становятся соединения лития в смеси с восстановленной формой, в частности с металлом. Так, например, протекает катодный процесс на электроде из оксида меди:

CuO + 2Li⁺ +2e^– → Li₂O + Cu, (4)

или из дисульфида железа:

FeS₂ + 4Li⁺ + 4e^– → 2Li₂S + Fe. (5)

При восстановлении фторированного углерода по аналогичной схеме образуются элементарный углерод и фторид лития:

(CF_y)_n + ynLi⁺ + yne^– → ynLiF + nC. (6)

В элементах с жидкими катодными материалами положительный электрод изготавливают из пористого углеродного материала, в частности сажи. Этот инертный материал не принимает участия в электрохимическом процессе, а служит токоотводом и поверхностью, на которой протекает электрохимическая реакция. Например, восстановление диоксида серы и тионилхлорида можно представить следующими реакциями:

2SO₂ + 2Li⁺ + 2e^– → Li₂S₂O₄↓, (7)

дитионит лития

2SOCl₂ + 4Li⁺ +4e^– → 4LiCl↓ + SO₂ +S, (8)

Сульфурилхлорид восстанавливается по уравнению:

SO₂Cl₂ + 2Li⁺ + 2e^– → 2LiCl↓ + SO₂. (9)

Образующиеся труднорастворимые соли лития постепенно пассивируют катод, поэтому электродная поверхность пористого катода должна быть очень развитой.