من المتوقع إنشاء نظام إمداد طاقة منخفض الكربون

2024-07-21 | Jerry Huang

في 15 يوليو 2024، أصدرت اللجنة الوطنية للتنمية والإصلاح (NDRC) والإدارة الوطنية للطاقة (NEA) "برنامج التحول منخفض الكربون وبناء محطات الطاقة التي تعمل بالفحم (2024-2027)"، والذي ينص على ما يلي: بحلول عام 2025 سيتم البدء في مشاريع التحول منخفض الكربون لمحطات الطاقة الأولى التي تعمل بالفحم، وسيتم تطبيق مجموعة من تقنيات الطاقة منخفضة الكربون؛ سيتم تخفيض انبعاثات الكربون من المشاريع ذات الصلة بنحو 20% لكل كيلوواط/ساعة مقارنة بما كانت عليه في عام 2023، حتى أقل بشكل واضح من انبعاثات الكربون من محطات الطاقة المتقدمة القائمة على الفحم، وبالتالي استكشاف تجارب قيمة للطاقة النظيفة ومنخفضة الطاقة. - تحويل الكربون من محطات توليد الطاقة بالفحم. من خلال تكييف التحول منخفض الكربون لوحدات طاقة الفحم الحالية وبناء وحدات طاقة جديدة منخفضة الكربون بطريقة منسقة، فإننا نهدف إلى تسريع بناء نظام طاقة جديد نظيف ومنخفض الكربون وآمن وعالي الطاقة. فعال.

ووفقا للتوقعات ذات الصلة، بحلول عام 2030، ستصل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من محطات توليد الطاقة بالفحم إلى حوالي 4 مليارات طن. ولذلك، فإن التقنيات منخفضة الكربون في صناعة طاقة الفحم هي الدعم الرئيسي لتحقيق هدف الصين المتمثل في "ذروة الكربون 2030 - 2060 وحياد الكربون". إذًا، كيف يمكن لصناعة الطاقة بالفحم تحقيق إزالة الكربون؟

01 تحويل طاقة الفحم وإزالة الكربون وطرق البناء

وفقًا لبرنامج التحول منخفض الكربون وبناء محطات توليد الطاقة بالفحم (2024-2027)، هناك ثلاث طرق محددة لتحويل طاقة الفحم إلى طاقة منخفضة الكربون:

1، مزج الكتلة الحيوية. من خلال استخدام موارد الكتلة الحيوية مثل النفايات الزراعية والحرجية ومحطات النفايات ومحاصيل الطاقة المتجددة، ومع الأخذ في الاعتبار الإمداد المستدام لموارد الكتلة الحيوية والسلامة والمرونة والكفاءة التشغيلية والجدوى الاقتصادية، ينبغي أن تقترن وحدات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم بالكتلة الحيوية. توليد الطاقة. بعد التحول والبناء، يجب أن تتمتع محطات توليد الطاقة بالفحم بالقدرة على خلط أكثر من 10% من وقود الكتلة الحيوية، وبالتالي تقليل استهلاك الفحم وانبعاثات الكربون بشكل كبير.

2، مزج الأمونيا الخضراء. وذلك باستخدام مزج الأمونيا الخضراء مع وحدات الطاقة التي تعمل بالفحم لتوليد الكهرباء واستبدال جزء من الفحم. يجب أن تتمتع وحدات الطاقة التي تعمل بالفحم بالقدرة على حرق أكثر من 10% من الأمونيا الخضراء بعد التحويل والبناء، بهدف تقليل استهلاك الفحم ومستويات انبعاث الكربون بشكل واضح.

3، احتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه. اعتماد الطرق الكيميائية والامتزاز والأغشية وغيرها من التقنيات لفصل واحتجاز ثاني أكسيد الكربون في غاز المداخن في الغلايات التي تعمل بالفحم. التقاط وتنقية وضغط ثاني أكسيد الكربون من خلال تعديل الضغط ودرجة الحرارة. تعزيز تطبيق التقنيات الجيولوجية مثل القيادة الفعالة للنفط بواسطة ثاني أكسيد الكربون. استخدم التقنيات الكيميائية مثل ثاني أكسيد الكربون بالإضافة إلى الهيدروجين للحصول على الميثانول. تنفيذ التخزين الجيولوجي لثاني أكسيد الكربون وفقا للظروف المحلية.

02 مسارات التحول لطاقة الفحم منخفضة الكربون

ويعد التوسع في الطاقة النظيفة، بما في ذلك الطاقة الكهرومائية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية، هو المفتاح لتحقيق مخططات إمدادات الطاقة المنخفضة الكربون. وبعد تلبية الطلب المتزايد على الطاقة، هناك حاجة إلى مزيد من الاستبدال لطاقة الفحم الحالية من أجل التحول إلى طاقة منخفضة الكربون. بعد عام 2030، ستحل طاقة الطاقة غير الأحفورية محل طاقة الفحم الموجودة وستصبح الجزء الرئيسي من إمدادات الطاقة؛ وبعد عام 2050، سوف تقل حصة توليد الطاقة بحرق الفحم عن 5% من إجمالي إمدادات الطاقة في الصين.

وفقا لدراسة أجرتها جامعة رنمين الصينية حول آفاق التنمية للتحول منخفض الكربون في الصين إلى طاقة الفحم، يمكن تقسيمها إلى الخطوات الثلاث التالية:

1، من الآن فصاعدًا إلى عام 2030 كفترة إعداد للانتقال منخفض الكربون، ستظل سعة طاقة الفحم تنمو بشكل معتدل قبل عام 2030، وفي الوقت نفسه، تصبح الطاقة الجديدة هي غالبية زيادة إمدادات الطاقة، وحصة طاقة الرياح والطاقة الشمسية وستصل القدرة المركبة إلى أكثر من 40% بحلول عام 2030.

2، العام 2030-2045 هو الفترة الانتقالية السريعة، بعد عام 2030، ستتجاوز حصة طاقة الرياح والطاقة الشمسية بسرعة حصة طاقة الفحم، لتصبح مصدر الطاقة الرئيسي لنظام الطاقة. ويجب أن تقترن محطات توليد الطاقة بالفحم بتكنولوجيا الكتلة الحيوية، واحتجاز وتخزين الكربون، وغيرها من التكنولوجيات النظيفة المنخفضة الكربون، وبالتالي تقليل انبعاثات الكربون.

3، عام 2045 -2060 مع تعزيز إمدادات الطاقة وتحسينها، بحلول عام 2050، سيتم تشبع الطلب على الكهرباء، وسيتم تحويل طاقة الفحم بالكامل إلى مصدر طاقة قابل للتعديل، مما يخدم هضم وامتصاص الطاقة الرئيسية لطاقة الرياح الشمسية وتوفير الطاقة الاحتياطية والطارئة.

فيما يلي مثال لقاعدة طاقة في صحراء كوبوكي. وتبلغ القدرة الإجمالية المخططة لقاعدة طاقة كوبوتشي 16 مليون كيلووات، بما في ذلك الطاقة الكهروضوئية 8 ملايين كيلووات، وطاقة الرياح 4 ملايين كيلووات، وقدرة طاقة الفحم المتقدمة عالية الكفاءة 4 ملايين كيلووات. مشاريع الطاقة الشمسية التي تم بناؤها مذهلة، مع 2 مليون كيلوواط من القدرة الكهروضوئية المثبتة قيد التشغيل بالفعل. وفي حال اكتملت جميع المشاريع بالكامل، فمن المقدر أنه يمكن إيصال حوالي 40 مليار كيلوواط ساعة من الكهرباء إلى ملايين الأسر سنوياً، حيث تشكل الطاقة النظيفة أكثر من 50% من الإجمالي، وهو ما يعادل توفير حوالي 6 ملايين طن من الكهرباء. الفحم القياسي وخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنحو 16 مليون طن سنويا. ومن المخطط أن يكون هناك المزيد من قواعد الطاقة النظيفة في الطريق. الألواح الشمسية بنيت لأول مرة الألواح الشمسية بعد عام واحد قاعدة الطاقة الشمسية بعد خمس سنوات

أما بالنسبة للمركبات الكهربائية والبنية التحتية لشحنها، فوفقًا للإحصاءات، بحلول نهاية مايو 2024، تراكم إجمالي عدد البنى التحتية لشحن المركبات الكهربائية إلى 9.92 مليون وحدة في جميع أنحاء الصين، بزيادة قدرها 56٪ على أساس سنوي. ومن بينها، زادت مرافق الشحن العامة والقطاع الخاص إلى 3.05 مليون وحدة و6.87 مليون وحدة على التوالي، بمعدلات نمو بلغت 46% و61% على التوالي على أساس سنوي. وهذا يدل على أن الصين قامت ببناء أكبر شبكة بنية تحتية للشحن في العالم، وتغطي أوسع منطقة خدمة ومجموعة من أنواع الشحن.

تم إصدار طريقة خضراء ذات كفاءة عالية واقتصادية لإعادة تدوير LCO وTERNary LIBs

2023-09-16 | Jerry Huang

ملاحظة المحرر: تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون الآن على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من الأجهزة الإلكترونية والمركبات الكهربائية وتخزين الطاقة على نطاق الشبكة. يستمر الطلب العالمي على بطاريات الليثيوم أيون في النمو بشكل ملحوظ. وتشير التقديرات إلى أنه بحلول عام 2030، سيتجاوز الحجم العالمي لبطاريات الليثيوم أيون المستهلكة 11 مليون طن، مما سيصبح مصدرًا ضخمًا للتلوث يمكن أن يهدد البيئة والصحة العامة بشكل خطير. وفي الوقت نفسه، يترجم الطلب المتزايد على بطاريات الليثيوم أيون إلى طلب متزايد على الليثيوم والكوبالت. من ناحية أخرى، يصل محتوى الليثيوم والكوبالت في كاثودات LIB إلى 15% و7% بالوزن، على التوالي، وهو أعلى بكثير من الخامات والمحاليل الملحية. ولذلك، فإن استعادة العناصر المعدنية في كاثودات LIB المستهلكة لها أهمية بيئية واجتماعية واقتصادية كبيرة. حاليًا، يتم تقسيم استعادة بطاريات الليثيوم أيون بشكل أساسي إلى ثلاث خطوات: المعالجة المسبقة واستخراج المعادن وفصل المعادن. في البحث والتطوير لخطوة استخراج المعادن في عملية إعادة التدوير، تعد عملية التعدين المائي واحدة من أكثر الخيارات القابلة للتطبيق بسبب ارتفاع معدل ترشيح المعادن والنقاء المرضي للمنتجات المستردة. ومع ذلك، فإن هذه العملية ليست صديقة للبيئة، وليست اقتصادية للغاية، لأن استخدام الأحماض غير العضوية يجلب منتجات ثانوية خطرة؛ بينما تتطلب الأحماض العضوية عوامل اختزال إضافية أو أوقات تفاعل أطول ودرجات حرارة أعلى لاستعادة المعادن.

يقدم لنا الباحثون من فريق Zhong Lin Wang طريقة محتملة صديقة للبيئة وعالية الكفاءة واقتصادية لإعادة تدوير LIBs، بما في ذلك بطاريات أكسيد الكوبالت الليثيوم (LCO) وبطاريات الليثيوم الثلاثية.

خلاصة

مع الاتجاه العالمي نحو الحياد الكربوني، يتزايد الطلب على بطاريات الليثيوم أيون (LIBs) باستمرار. ومع ذلك، فإن طرق إعادة التدوير الحالية للـ LIBs المستهلكة تحتاج إلى تحسين عاجل من حيث الصداقة البيئية والتكلفة والكفاءة. نقترح هنا طريقة تحفيزية ميكانيكية، يُطلق عليها اسم التحفيز الكهربائي التلامسي، وذلك باستخدام الجذور الناتجة عن كهربة التلامس لتعزيز ترشيح المعادن تحت الموجات فوق الصوتية. نحن نستخدم أيضًا SiO2 كمحفز قابل لإعادة التدوير في هذه العملية. بالنسبة لبطاريات أكسيد كوبالت الليثيوم (III)، وصلت كفاءة الترشيح إلى 100% للليثيوم و92.19% للكوبالت عند 90 درجة مئوية خلال 6 ساعات. بالنسبة لبطاريات الليثيوم الثلاثية، وصلت كفاءة ترشيح الليثيوم والنيكل والمنغنيز والكوبالت إلى 94.56%، 96.62%، 96.54% و98.39% عند 70 درجة مئوية، على التوالي، خلال 6 ساعات. نتوقع أن توفر هذه الطريقة نهجًا صديقًا للبيئة وعالي الكفاءة واقتصاديًا لإعادة تدوير LIB، مما يلبي الطلب المتزايد بشكل كبير على منتجات LIB.

مرجع

https://doi.org/10.1038/s41560-023-01348-y

تم إطلاق طريقة خضراء واقتصادية فعالة لإعادة تدوير بطاريات LFP

2023-09-16 | Jerry Huang

ملاحظة المحرر: تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون الآن على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من الأجهزة الإلكترونية والمركبات الكهربائية وتخزين الطاقة على نطاق الشبكة. يستمر الطلب العالمي على بطاريات الليثيوم أيون في النمو بشكل ملحوظ. وتشير التقديرات إلى أنه بحلول عام 2030، سيتجاوز الحجم العالمي لبطاريات الليثيوم أيون المستهلكة 11 مليون طن، مما سيصبح مصدرًا ضخمًا للتلوث يمكن أن يهدد البيئة والصحة العامة بشكل خطير. وفي الوقت نفسه، يترجم الطلب المتزايد على بطاريات الليثيوم أيون إلى طلب متزايد على الليثيوم والكوبالت. من ناحية أخرى، فإن محتوى الليثيوم والكوبالت في كاثودات LIB يصل إلى 15% و7% بالوزن، على التوالي، وهو أعلى بكثير من ذلك الموجود في الخامات والمحاليل الملحية. ولذلك، فإن استعادة العناصر المعدنية في كاثودات LIB المستهلكة لها أهمية بيئية واجتماعية واقتصادية كبيرة. حاليًا، يتم تقسيم استعادة بطاريات الليثيوم أيون بشكل أساسي إلى ثلاث خطوات: المعالجة المسبقة واستخراج المعادن وفصل المعادن. في البحث والتطوير لخطوة استخراج المعادن في عملية إعادة التدوير، تعد عملية التعدين المائي واحدة من أكثر الخيارات القابلة للتطبيق بسبب ارتفاع معدل ترشيح المعادن والنقاء المرضي للمنتجات المستردة. ومع ذلك، فإن هذه العملية ليست صديقة للبيئة، وليست اقتصادية للغاية، لأن استخدام الأحماض غير العضوية يجلب منتجات ثانوية خطرة؛ بينما تتطلب الأحماض العضوية عوامل اختزال إضافية أو أوقات تفاعل أطول ودرجات حرارة أعلى لاستعادة المعادن.

يقدم لنا الباحثون من فريق Zhong Lin Wang طريقة محتملة صديقة للبيئة وعالية الكفاءة واقتصادية لإعادة تدوير LIBs، وخاصة بطاريات LFP.

خلاصة

أثارت إعادة تدوير بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LFPs)، والتي تمثل أكثر من 32٪ من حصة سوق بطاريات الليثيوم أيون (LIB) في جميع أنحاء العالم، الاهتمام بسبب موارد العناصر القيمة والمخاوف البيئية. ومع ذلك، فإن تقنيات إعادة التدوير الحديثة، والتي تعتمد عادةً على طرق الترشيح الكهروكيميائية أو الكيميائية، تواجه مشكلات حرجة مثل الإجراءات الشاقة والاستهلاك الهائل للمواد الكيميائية/الكهرباء والتلوث الثانوي. هنا، نقوم بالإبلاغ عن نظام مبتكر ذاتي الطاقة يتكون من مفاعل إعادة التدوير الكهروكيميائي LIB ومولد نانوي كهربائي احتكاكي (TENG) لإعادة تدوير LFP المستهلك. في مفاعل إعادة التدوير الكهروكيميائي LIB، تم اعتماد زوج Cl−/ClO− المتولد كهروكيميائيًا في محلول NaCl كوسيط الأكسدة والاختزال لتحطيم LFP إلى FePO4 وLi+ عبر تفاعل استهداف الأكسدة والاختزال بدون مواد كيميائية إضافية. بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم TENG الذي يستخدم المكونات المهملة من LIBs بما في ذلك الأغلفة وأفلام الألومنيوم والبلاستيك ومجمعات التيار لتقليل الملوثات الثانوية بشكل كبير. علاوة على ذلك، يقوم TENG بحصد طاقة الرياح، مما يوفر مخرجًا قدره 0.21 واط لتشغيل نظام إعادة التدوير الكهروكيميائي وشحن البطاريات. لذلك، يُظهر النظام المقترح لإعادة تدوير LFP المستهلك درجة نقاء عالية (Li2CO3، 99.70% وFePO4، 99.75%)، وميزات ذاتية التشغيل، وإجراءات معالجة مبسطة وربح مرتفع، مما يمكن أن يعزز استدامة تقنيات LIB.

مرجع

http://dx.doi.org/10.1039/D3EE01156A

50C بطاريات Li-Ion سريعة الشحن باستخدام أنود الجرافيت

2022-11-01 |

الملخص

حققت بطاريات Li-ion طريقها إلى سوق السيارات الكهربائية بكثافة عالية للطاقة ، ومع ذلك فهي لا تزال تعاني من الحركية البطيئة التي يحدها أنود الجرافيت. هنا ، تم تصميم الإلكتروليتات التي تتيح الشحن السريع للغاية (XFC) لأنود الجرافيت الدقيق بدون طلاء Li. يوضح التوصيف والمحاكاة الشاملان حول انتشار Li + في المنحل بالكهرباء السائبة ، وعملية نقل الشحنة ، والطور البيني للكهرباء الصلبة (SEI) أن الموصلية الأيونية العالية ، وطاقة الانحلال المنخفضة لـ Li + ، و SEI الواقي ضرورية لـ XFC. بناءً على المعيار ، تم تصميم إلكتروليتين سريع الشحن: جهد منخفض 1.8 م LiFSI في 1،3 ديوكسولين (لـ LiFePO4 || خلايا الجرافيت) و LiPF6 عالي الجهد 1.0 متر في خليط من كربونات فلورو إيثيلين 4 و acetonitrile (7: 3 حسب المجلد) (لـ LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 || خلايا الجرافيت). يمكّن المنحل بالكهرباء السابق قطب الجرافيت من تحقيق 180 مللي أمبير جرام عند 50 درجة مئوية (1 درجة مئوية = 370 مللي أمبير جرام) ، وهو أعلى 10 مرات من إلكتروليت تقليدي. يمكّن المنحل بالكهرباء الأخير LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 || خلايا الجرافيت (2 مللي أمبير سم − 2 ، نسبة N / P = 1) لتوفير سعة عكسية قياسية تبلغ 170 مللي أمبير جرام عند شحن 4C وتفريغ 0.3C . يكشف هذا العمل عن الآليات الرئيسية لـ XFC ويوفر مبادئ تصميم إلكتروليت إرشادية من أجل LIBs عملي سريع الشحن مع أنودات الجرافيت.

مراجع

1. https://doi.org/10.1002/adma.202206020

تم الإبلاغ عن أن بطارية ليثيوم أيون عالية الجهد وعالية الكثافة للطاقة منخفضة التكلفة وخالية من المعادن

2022-07-10 | Jerry Huang

ملاحظة المحرر: أبلغ الباحثون عن اختراقة في الكيمياء الكهربية عالية الجهد وعالية الكثافة للطاقة لبطارية ليثيوم أيون اقتصادية وخالية من المعادن (صديقة للبيئة). تتميز بطارية الليثيوم أيون العضوية فئة 4 V بقدرة نظرية عالية وجهد عالٍ ، بينما تظل مواد الكاثود العملية والإلكتروليتات غير مستكشفة.

هل الجزيئات العضوية الصغيرة النشطة في الأكسدة والاختزال قابلة للتطبيق على كاثودات بطارية ليثيوم أيون عالية الجهد (> 4 فولت)؟

بقلم: يوتو كاتسوياما ، هيرواكي كوباياشي ، كازويوكي إيواسي ، يوشيوكي جامبي ، إيتارو هونما | نُشر لأول مرة: 10 مارس 2022 في Advanced Science

4 بطاريات ليثيوم أيون عضوية من الفئة V

في حين أن بطاريات الليثيوم أيون العضوية قد جذبت اهتمامًا كبيرًا نظرًا لقدراتها النظرية العالية ، فإن مواد الكاثود العضوية عالية الجهد لا تزال غير مستكشفة. في المقال رقم 2200187 ، أبلغ يوتو كاتسوياما وهيرواكي كوباياشي وإيتارو هونما وزملاؤه عن الكيمياء الكهربية لحمض الكروكونيك عند الجهد العالي. تؤكد التحقيقات النظرية والتجريبية أن الإثنين في حمض الكروكونيك يظهران حوالي 4 فولت من الأكسدة والاختزال ، والتي يمكن استخدامها لتخزين الطاقة.

الملخص

بينما جذبت البطاريات العضوية اهتمامًا كبيرًا نظرًا لقدراتها النظرية العالية ، فإن المواد النشطة العضوية عالية الجهد (> 4 فولت مقابل Li / Li +) لا تزال غير مستكشفة. هنا ، يتم دمج حسابات نظرية الكثافة الوظيفية مع قياسات الفولتميتر الدوري للتحقيق في الكيمياء الكهربائية لحمض كروكونيك (CA) لاستخدامه كمواد كاثود لبطارية ليثيوم أيون في كل من إلكتروليتات ثنائي ميثيل سلفوكسيد وبيتيرولاكتون (GBL). توضح حسابات DFT أن ملح CA ديليتيوم (CA – Li2) يحتوي على مجموعتين enolate تخضعان لتفاعلات الأكسدة والاختزال أعلى من 4.0 فولت وكثافة طاقة نظرية على مستوى المادة تبلغ 1949 Wh كجم -1 لتخزين أربعة أيونات ليثيوم في GBL - تتجاوز قيمة كليهما مواد الكاثود العضوية التقليدية وغير العضوية والمعروفة. تكشف قياسات قياس الفولتميتر الدوري عن تفاعل الأكسدة والاختزال القابل للانعكاس من قبل مجموعة enolate عند ≈4 V في كلا الشوارد. تُظهر اختبارات أداء البطارية في CA مثل كاثود بطارية ليثيوم أيون في GBL هضبتين لجهد التفريغ عند 3.9 و 3.1 فولت ، وقدرة تفريغ تبلغ 102.2 مللي أمبير في الساعة مع عدم فقدان السعة بعد خمس دورات. مع الفولتية العالية التفريغ مقارنة بالجزيئات العضوية الصغيرة المعروفة والحديثة ، تعد CA بأن تكون مرشحًا رئيسيًا لمواد الكاثود لبطاريات الليثيوم أيون العضوية عالية الطاقة في المستقبل.

مراجع:

1. https://doi.org/10.1002/advs.202200187

تم الكشف عن تقنية اختراق لدرجات الحرارة المنخفضة LFP

2022-04-19 | Jerry Huang

في 15 أبريل ، أصدر فريق البحث والتطوير من شركة Changzhou Liyuan New Energy Co إعلانًا في نانجينغ أن الشركة قد حققت طفرة تكنولوجية في مادة الكاثود LFP ، مما أدى إلى تحسن كبير في أداء LFP ، وكذلك معدل الشحن ، في درجات حرارة منخفضة.

إن السيارة الكهربائية التي تعمل ببطارية LFP التقليدية لها عيبها الواضح المتمثل في قلق النطاق ، أي أن مداها غالبًا ما يكون حوالي 50 ٪ من نطاق NEDC / WLTP / EPA المزعوم في درجات حرارة منخفضة مثل -20 ℃.

يُزعم أن مادة LFP الجديدة ، "LFP-1" ، تم تطويرها بواسطة أكثر من 20 خبيرًا في البحث والتطوير من مركز أبحاث Shenzhen بعد أكثر من 2000 تجربة متكررة في ثماني سنوات وقد فاز فريق البحث والتطوير بـ 5 براءات اختراع معها.

تم الإبلاغ عن تحقيق الأداء الخارق لـ "LFP-1" من خلال إنشاء قنوات نقل أيونات الليثيوم عالية السرعة داخل مادة الكاثود جنبًا إلى جنب مع أحدث تكنولوجيا "مجالات الطاقة" ؛ والمميزات المادية:

• زيادة معدل قدرة التفريغ لبطارية LFP من 55٪ إلى 85٪ عند درجة حرارة -20 درجة مئوية ومن صفر تقريبًا إلى 57٪ عند درجة حرارة -40 درجة مئوية.

• تحقيق مدى يصل إلى 500 كيلومتر في 15 دقيقة فقط من الشحن السريع بمعدل 4C. وبالمقارنة ، فإن السيارة الكهربائية التي تعمل ببطارية LFP التقليدية تحتاج عادةً إلى شحن سريع لمدة 40 دقيقة لتحقيق مدى يصل إلى حوالي 550 كيلومترًا.

هل سيكون الصوديوم الحل التالي؟

2022-04-08 | Jerry Huang

في عام 2020 ، كان العاملون في سوق السيارات الكهربائية يتكهنون بحماسة بأن انخفاض تكلفة البطاريات التي تعمل بالليثيوم سيؤدي إلى نمو سريع في مبيعات السيارات الكهربائية في جميع أنحاء العالم ، وقد حقق ذلك بالفعل.

عندما يتعلق الأمر بالربع الأول من عام 2022 ، فإن معظمنا ليس مستعدًا للقاء "جنون مارس" ، كما قال السيد جو لوري من شركة Global Lithium LLC ، بشأن الزيادة الهائلة في أسعار كربونات الليثيوم وهيدروكسيد الليثيوم في فبراير وأوائل فبراير. يمشي. ومع ذلك ، فهو يشعر أن ارتفاع أسعار الليثيوم لن يؤدي إلى تدمير الطلب من سوق السيارات الكهربائية. لدينا أسعار عالية لليثيوم بسبب نقص الاستثمار الذي أدى إلى اختلال التوازن بين العرض والطلب. لا أعتقد أن هذا سوف يقضي على الطلب. أعتقد أنه ، إذا وضعنا بشكل صحيح ، سوف يقدم الطلب. ستكون ثورة السيارات الكهربائية محدودة في هذا العقد بسبب نقص إمدادات الليثيوم. يقول السيد جو لوري "ليس هناك شك في ذلك الآن".

على الرغم من ارتفاع أسعار الليثيوم القياسية ، إلا أن العديد من مواد البطاريات الأخرى ، مثل النيكل والكوبالت والألمنيوم ، واجهت أيضًا موجة تاريخية من الزيادة في الأسعار في الربع الأول من هذا العام ، مما أدى إلى استمرار زيادة تكلفة البطارية وأكثر من 20 إعلانًا من الشركة المصنعة للمعدات الأصلية عن EV الخاصة بهم رفع الأسعار في مارس 2022.

إذن إلى أين تتجه بطارية الليثيوم؟ يقول بعض الخبراء أن بطاريات الليثيوم ستذهب إلى السيارات الكهربائية المتوسطة والراقية ، والإلكترونيات الاستهلاكية ، والمركبات البحرية الكهربائية والمركبات الجوية ، إلخ.

ماذا عن مستوى دخول المركبات الكهربائية وتخزين الطاقة؟ هل ستكون بطاريات كيمياء الصوديوم خيارًا آخر بالنسبة لهم؟ هناك وفرة من الصوديوم والموارد الأخرى على الأرض لبطاريات الصوديوم ، والتي يعتقد أنها اقتصادية وصديقة للبيئة. هل توجد أي حلول بطاريات أخرى قابلة للتطوير بدرجة كبيرة؟ دعنا ننتظر ونرى ما هي الاختراقات البحثية التي ستأتي بعد ذلك.

سباق كيمياء الخلية: أنظمة الليثيوم مقابل الصوديوم

2021-12-08 | Jerry Huang

زادت الأبحاث المخصصة لبطاريات الليثيوم والكبريت في درجة حرارة الغرفة (Li / S ₈ ) وبطاريات الليثيوم والأكسجين (Li / O ₂ ) بشكل كبير خلال السنوات العشر الماضية. السباق لتطوير مثل هذه الأنظمة الخلوية مدفوع أساسًا بكثافة الطاقة النظرية العالية جدًا ووفرة الكبريت والأكسجين. ومع ذلك ، فإن كيمياء الخلية معقدة ، ولا يزال التقدم نحو تطوير الجهاز العملي يعوقه بعض المشكلات الأساسية الأساسية ، والتي يتم معالجتها حاليًا من خلال العديد من الأساليب.

من المدهش تمامًا أنه لا يُعرف الكثير عن أنظمة البطاريات المماثلة القائمة على الصوديوم ، على الرغم من أن _{بطاريات Na / S 8} و Na / NiCl ₂ التجارية عالية الحرارة بالفعل تشير إلى أن بطارية قابلة لإعادة الشحن تعتمد على الصوديوم ممكنة على نطاق واسع. علاوة على ذلك ، تعتبر الوفرة الطبيعية للصوديوم فائدة جذابة لتطوير البطاريات على أساس المكونات منخفضة التكلفة.

تقدم هذه المراجعة ملخصًا لأحدث المعارف عن بطاريات الليثيوم والكبريت والليثيوم والأكسجين ومقارنة مباشرة مع أنظمة الصوديوم المماثلة. الخصائص العامة ، الفوائد والتحديات الرئيسية ، الإستراتيجيات الحديثة لتحسين الأداء والمبادئ التوجيهية العامة لمزيد من التطوير يتم تلخيصها ومناقشتها بشكل نقدي. بشكل عام ، فإن استبدال الليثيوم بالصوديوم له تأثير قوي على الخصائص العامة لتفاعل الخلية والاختلافات في نقل الأيونات ، واستقرار الطور ، وإمكانات القطب ، وكثافة الطاقة ، وما إلى ذلك يمكن توقعها.

ما إذا كانت هذه الاختلافات ستستفيد من كيمياء خلية أكثر قابلية للعكس لا يزال سؤالًا مفتوحًا ، ولكن بعض التقارير الأولى عن درجة حرارة الغرفة _{خلايا Na / S 8} و Na / O ₂ تظهر بالفعل بعض الاختلافات المثيرة مقارنةً بـ Li / S ₈ و أنظمة Li / O ₂ .

أصبحت بطاريات الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن (LIBs) بسرعة أهم أشكال تخزين الطاقة لجميع تطبيقات الهاتف المحمول منذ تسويقها في أوائل التسعينيات. ويرجع ذلك أساسًا إلى كثافة الطاقة التي لا مثيل لها والتي تتفوق بسهولة على أنظمة البطاريات الأخرى القابلة لإعادة الشحن مثل الهيدريد المعدني أو حمض الرصاص. ومع ذلك ، فإن الحاجة المستمرة لتخزين الكهرباء بشكل أكثر أمانًا وأكثر إحكاما وتكلفة معقولة تتطلب البحث والتطوير المستمر.

أصبحت الحاجة إلى تخزين الطاقة الثابتة غير المكلفة تحديًا إضافيًا ، مما يؤدي أيضًا إلى بدء البحث عن البطاريات البديلة. يتم توجيه الجهود الرئيسية نحو التحسينات المستمرة لتقنيات Li-ion المختلفة من خلال التعبئة والتغليف والمعالجة الأكثر كفاءة والإلكتروليتات الأفضل ومواد الإلكترود المحسّنة ، على سبيل المثال. على الرغم من إحراز تقدم كبير فيما يتعلق بكثافة الطاقة خلال السنوات الماضية ، إلا أن الزيادة في كثافة الطاقة (الحجمي والجاذبية) كانت صغيرة نسبيًا. يوضح الشكل 1 مقارنة بين تقنيات البطاريات المختلفة فيما يتعلق بكثافة طاقتها.

الشكل 1: كثافات الطاقة النظرية و (المقدرة) العملية لبطاريات مختلفة قابلة لإعادة الشحن: Pb - حمض - حمض الرصاص ، NiMH - هيدريد معدن النيكل ، Na-ion - تقدير مشتق من بيانات Li-ion بافتراض جهد خلية أقل قليلاً ، Li- أيون - متوسط على أنواع مختلفة ، HT-Na / S ₈ - بطارية صوديوم - كبريت بدرجة حرارة عالية ، Li / S ₈ و Na / S ₈ - بطارية ليثيوم - كبريت وصوديوم - كبريت بافتراض أن Li ₂ S و Na2S كمنتجات تفريغ ، Li / O ₂ و Na / O ₂ - بطارية ليثيوم - أكسجين (تشمل القيم النظرية وزن الأكسجين وتعتمد على قياس العناصر المتكافئة لمنتج التفريغ المفترض ، أي أكسيد أو بيروكسيد أو أكسيد فائق). لاحظ أن قيم كثافات الطاقة العملية يمكن أن تختلف إلى حد كبير اعتمادًا على تصميم البطارية (الحجم ، والطاقة العالية ، والطاقة العالية ، والخلية المفردة أو البطارية) وحالة التطور. تشير جميع قيم كثافات الطاقة العملية إلى مستوى الخلية (باستثناء Pb – acid ، 12 فولت). تم أخذ قيم _{بطاريات Li / S 8} و Li / O ₂ من الأدبيات (مذكورة في النص الرئيسي) وتستخدم لتقدير كثافة الطاقة لخلايا _{Na / S 8} و Na / O _2. من بين التقنيات المذكورة أعلاه ، تم تسويق تقنيات حمض الرصاص ، NiMH ، Li-ion فقط ، وتقنيات Na / S _{8 عالية الحرارة حتى الآن.}

مراجع:

1. https://www.beilstein-journals.org/bjnano/articles/6/105

الليثيوم رباعي فلورو بورات (LiBF4) كمادة مضافة بالكهرباء لبطارية ليثيوم أيون

2021-12-05 | Jerry Huang

يتم فحص رباعي فلورو بورات الليثيوم (LiBF ₄ ) كمادة مضافة للكهرباء لتحسين أداء ركوب الدراجات لخلية LiNi _0.5 Co _0.2 Mn _0.3 O ₂ / الجرافيت (NMC532) عند جهد تشغيل أعلى.

مع إضافة 1.0٪ بالوزن LiBF4 إلى الإلكتروليت ، تم تحسين قدرة الاحتفاظ بسعة بطارية ليثيوم أيون بعد 100 دورة بشكل كبير من 29.2٪ إلى 90.1٪ في الجهد من 3.0 فولت إلى 4.5 فولت. يتم فحص تشغيل الجهد والخصائص بما في ذلك أداء الخلية وسلوك الممانعة وكذلك خصائص الخصائص البينية للقطب.

وجد أن LiBF4 كان من المحتمل أن يشارك في تشكيل فيلم واجهة على كلا القطبين. يُعزى الأداء المحسن للخلية إلى تعديل مكونات طبقة الواجهة على أنود الجرافيت وكاثود LiNi _0.5 Co _0.2 Mn _0.3 O ₂ ، مما يؤدي إلى تقليل المعاوقة البينية.

المصدر: Zuo و Xiaoxi & Fan و Chengjie & Liu و Jiansheng & Xiao و Xin & Wu و Junhua & Nan و Junmin. (2013). الليثيوم رباعي فلورو بورات كمضاف إلكتروليت لتحسين أداء الجهد العالي لبطارية ليثيوم أيون. مجلة الجمعية الكهروكيميائية. 160. A1199-A1204. 10.1149 / 2.066308jes. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/2.066308jes

الليثيوم ديفلوروفوسفات مقابل ثنائي فلورو فوسفات الصوديوم كمضافات إلكتروليت ليثيوم أيون

2021-11-24 | Jerry Huang

يعتبر ثنائي فلورو فوسفات الليثيوم (LiDFP ، LFO) مفيدًا بشكل كبير كمضاف إلكتروليت لتحسين أداء دورة حياة بطارية ليثيوم أيون والاحتفاظ بسعة التفريغ عند درجة حرارة عالية ، فضلاً عن تقليل التفريغ الذاتي. بينما ديفلوروفوسفات الصوديوم له أداء مماثل في خلية بطارية NMC532؟ دعنا نلقي نظرة على ورقة بحثية نُشرت في Journal of The Electrochemical Society في عام 2020.

الخلاصة: تم تصنيع ثلاث إضافات جديدة من ملح ثنائي فلورو فوسفات الإلكتروليت وتقييمها في خلايا كيس الجرافيت / NMC532. يتم تحضير ثنائي فلورو فوسفات الأمونيوم (AFO) بسهولة عن طريق الحالة الصلبة ، تفاعل سطح الطاولة من فلوريد الأمونيوم وخامس أكسيد الفوسفور الذي يتطلب تسخينًا لطيفًا فقط لبدء التشغيل. تم الحصول على أفضل إنتاجية من ثنائي فلورو فوسفات الصوديوم (NaFO) في هذه الدراسة عن طريق تفاعل حمض ديفلوروفوسفوريك وكربونات الصوديوم في 1،2-داي ميثوكسي إيثان فوق 3 من المناخل الجزيئية ، وهو عامل تجفيف قوي جدًا. تم تحضير رباعي ميثيل الأمونيوم ثنائي فلورو الفوسفات (MAFO) من NaFO عبر التبادل الكاتيوني مع كلوريد رباعي ميثيل الأمونيوم.

تم الإبلاغ عن NaFO لتكون مضافة إلكتروليت جيدة جدًا ، مع أداء مشابه في خلايا NMC532 / gr مثل مضافة الليثيوم ديفلوروفوسفات (LFO) المعروفة ، كل منها يظهر ~ 90 ٪ من قدرة التفريغ بعد أكثر من 1500 دورة عند 40 درجة مئوية. يُقارن الثبات طويل المدى أثناء التدوير بين 3.0-4.3 فولت بشكل إيجابي ، ولكنه مع ذلك أقل من الخلايا المعيارية 2٪ VC 1٪ DTD التي أبلغ عنها Harlow وآخرون ، والتي تحتوي على ∼94٪ من القدرة على الاحتفاظ بعد 1500 دورة. وتعزى الطبيعة المفيدة لكلا المضافين إلى أنيون ثنائي فلورو فوسفات. في المقابل ، تم العثور على AFO و MAFO ليكونا مضافات إلكتروليت رديئة. يُقترح أن يكون هذا بسبب تكوين نيتريد الليثيوم للأول. من غير المعروف سبب تأثير الكاتيونات رباعي ميثيل الأمونيوم سلبًا على استقرار الخلية.

مراجع:

1. تخليق وتقييم إضافات ملح ثنائي فلورو فوسفات لبطاريات ليثيوم أيون ، مجلة الجمعية الكهروكيميائية ، 2020167 100538 ، ديفيد إس هول ، تورين هاينز ، كونور بي أيكن وجيه آر دان