Question

【題目】鋰二次電池新正極材料的探索和研究對鋰電池的發(fā)展非常關(guān)鍵。

(1) 鋰硒電池具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

①正極材料Se可由SO2通入亞硒酸(H2SeO3)溶液反應(yīng)制得，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為__。

②一種鋰硒電池放電時的工作原理如圖1所示，寫出正極的電極反應(yīng)式：________________。充電時Li＋向________(填“Se”或“Li”)極遷移。

③ Li2Sex與正極碳基體結(jié)合時的能量變化如圖2所示，圖中3種Li2Sex與碳基體的結(jié)合能力由大到小的順序是________。

(2) Li2S電池的理論能量密度高，其正極材料為碳包裹的硫化鋰(Li2S)。

① Li2S可由硫酸鋰與殼聚糖高溫下制得，其中殼聚糖的作用是________。

②取一定量Li2S樣品在空氣中加熱，測得樣品固體殘留率隨溫度的變化如圖3所示。(固體殘留率＝×100%)分析300 ℃后，固體殘留率變化的原因是________。

Answer 1

【答案】H2SeO3＋2SO2＋H2O===Se＋2H2SO4 2Li＋＋xSe＋2e－===Li2Sex Li Li2Se6>Li2Se4>Li2Se 提供碳源，將硫酸鋰還原(作還原劑) 300 ℃后，樣品主要發(fā)生兩個反應(yīng)過程：反應(yīng)1為Li2S被O2氧化生成Li2SO4，反應(yīng)2為C被O2氧化生成CO2；前期固體殘留率增加的原因是反應(yīng)1為主，后期固體殘留率減少的原因反應(yīng)2為主

【解析】

(1)①SO2通入亞稀酸中生成Se，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，化學(xué)方程式為：；

②由電池工作的原理圖可知，Li電極為電池的負極，Se電極為電池的正極，電池放電時Li+能遷移到正極附近與Se結(jié)合生成，因此正極的電極反應(yīng)式為：；電池在充電時，Li電極接外電源的負極，做陰極，Li+是陽離子在電解池中朝陰極遷移，因此Li+在充電時朝Li電極遷移；

③由圖可知，與正極碳基體結(jié)合時會向外釋放能量，如果釋放的能量越大，那么結(jié)合之后越穩(wěn)定，因此3中與碳基體結(jié)合能力的強弱為；

(2)①Li2S電池的正極材料是碳包裹得Li2S，因此為了獲得這種正極材料，就需要殼聚糖在與硫酸鋰高溫反應(yīng)時，一方面將硫酸鋰還原，另一方面提供包裹Li2S的碳源；

②該Li2S是具有碳包裹結(jié)構(gòu)的Li2S，因此在考慮其固體質(zhì)量變化時，一方面要考慮Li2S自身被氧化的影響，另一方面也要考慮包裹Li2S的碳在高溫下被氧化的影響；所以300 ℃后，樣品主要發(fā)生兩個反應(yīng)過程：反應(yīng)1為Li2S被O2氧化生成Li2SO4，反應(yīng)2為C被O2氧化生成CO2；前期固體殘留率增加的原因是反應(yīng)1為主，后期固體殘留率減少的原因是反應(yīng)2為主。