中科院研发“纳米反应器”为锂硫电池设计创造了新构思
锂硫电池是锂电池的一种,锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池。锂硫电池的理论放电电压为2.287V,锂硫电池的理论放电质量比能量为2600 Wh/kg。
硫电极的充电和放电反应较复杂,锂硫电池主要存在三个主要问题:1、锂多硫化合物溶于电解液;2、硫作为不导电的物质,导电性非常差,不利于电池的高倍率性能;3、硫在充放电过程中,体积的扩大缩小非常大,有可能导致电池损坏。
针对上述问题,中科院大连化学物理研究所开发出了Fe1-xS修饰的介孔碳球作为锂硫电池阴极的纳米反应器。该纳米反应器具有低质量密度、高孔隙率和高度分散的电催化剂,显著提高了多硫化物的吸附和催化转化能力。
反应器是一种实现反应过程的设备,用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌(机械搅拌、气流搅拌等)装置。在高径比较大时,可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时,可在反应器壁处设置夹套,或在器内设置换热面,也可通过外循环进行换热。
常用反应器的类型
1、管式反应器。由长径比较大的空管或填充管构成,可用于实现气相反应和液相反应。
2、釜式反应器。由长径比较小的圆筒形容器构成,常装有机械搅拌或气流搅拌装置,可用于液相单相反应过程和液液相、气液相、气液固相等多相反应过程。用于气液相反应过程的称为鼓泡搅拌釜(见鼓泡反应器);用于气液固相反应过程的称为搅拌釜式浆态反应器。
3、有固体颗粒床层的反应器。气体或(和)液体通过固定的或运动的固体颗粒床层以实现多相反应过程,包括固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、涓流床反应器等。
4、塔式反应器。用于实现气液相或液液相反应过程的塔式设备,包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等。
5、喷射反应器。利用喷射器进行混合,实现气相或液相单相反应过程和气液相、液液相等多相反应过程的设备。
6、其他多种非典型反应器。如回转窑、曝气池等。
反应器的换热方式:
多数反应有明显的热效应。为使反应在适宜的温度条件下进行,往往需对反应物系进行换热。换热方式有间接换热和直接换热。间接换热指反应物料和载热体通过间壁进行换热,直接换热指反应物料和载热体直接接触进行换热。对放热反应,可以用反应产物携带的反应热来加热反应原料,使之达到所需的反应温度,这种反应器称为自热式反应器。
按反应过程中的换热状况,反应器可分为:
1、等温反应器 反应物系温度处处相等的一种理想反应器。反应热效应极小,或反应物料和载热体间充分换热,或反应器内的热量反馈极大(如剧烈搅拌的釜式反应器)的反应器,这样可近似看作等温反应器。
2、绝热反应器 反应区与环境无热量交换的一种理想反应器。反应区内无换热装置的大型工业反应器,与外界换热可忽略时,可近似看作绝热反应器。
3、非等温非绝热反应器 与外界有热量交换,反应器内也有热反馈,但达不到等温条件的反应器,如列管式固定床反应器。
换热可在反应区进行,如通过夹套进行换热的搅拌釜,也可在反应区间进行,如级间换热的多级反应器。
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