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

LiFSI مقابل LiPF6 في إلكتروليتات بطارية ليثيوم أيون

2021-11-11 | Jerry Huang

هل سيحل LiFSI محل LiPF6 في إلكتروليتات بطارية Li-ion؟ يؤدي استخدام إيميد ملح الليثيوم ثنائي (فلوروسولفونيل) إيميد (LiFSI) بدلاً من سداسي فلورو فوسفات الليثيوم (LiPF6) كإلكتروليت إلى تحسين أداء بطاريات Li-ion مع أنودات السيليكون ، وفقًا لورقة بحثية نُشرت في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية بواسطة الباحثين. في أوروبا.

يحتوي إيميد الليثيوم ثنائي (فلوروسولفونيل) ، الذي يشار إليه عادةً باسم LiFSI ، على الصيغة الجزيئية F2LiNO4S2 ورقم CAS 171611-11-3. يبدو أن LiFSI عبارة عن مسحوق أبيض ، بوزن جزيئي 187.07 ، ونقطة انصهار بين 124-128 درجة مئوية (255-262.4 درجة فهرنهايت).

مقارنةً بـ LiPF6 ، لا يعزز LiFSI الاستقرار الحراري في تقنية بطارية ليثيوم أيون فحسب ، بل يوفر أيضًا أداءً أفضل من حيث التوصيل الكهربائي وعمر الدورة ودرجة الحرارة المنخفضة. ومع ذلك ، قد يكون لـ LiFSI تأثيرات تآكل معينة على رقائق الألومنيوم. تظهر بعض الأوراق الأكاديمية أن تآكل رقائق الألومنيوم يأتي بشكل أساسي من أيونات FSI في LiFSI ، ولكن يمكن حل هذه المشكلة عن طريق إضافات مثل إضافات رقائق الألومنيوم المحتوية على الفلور.

الاتجاه مؤكد تمامًا أن LiFSI أصبح أحد أملاح الليثيوم السائدة للجيل القادم من الشوارد. في الوقت الحالي ، يتم تحسين بطاريات الليثيوم الثلاثية وبطاريات LFP باستمرار وتكرار جيل بعد جيل لها متطلبات أعلى لكثافة الطاقة ، وأداء درجات الحرارة العالية والمنخفضة ، ودورة الحياة ، وأداء معدل الشحن والتفريغ.

نظرًا للصعوبة التقنية العالية في الإنتاج الضخم والتكلفة العالية ، لم يتم استخدام LiFSI بشكل مباشر كملح الليثيوم المذاب ، ولكن كإضافة ممزوجة بسداسي فلورو فوسفات الليثيوم (LiPF6) للاستخدام في إلكتروليتات بطاريات ليثيوم أيون بالطاقة بشكل خاص. على سبيل المثال ، تستخدم LG Chem LiFSI كمادة مضافة في إلكتروليتاتها لبعض الوقت. مع تحسن التكنولوجيا ، ستتم إضافة المزيد والمزيد من LiFSI إلى الإلكتروليتات. من المعتقد أنه سيتم تخفيض تكلفة LiFSI بشكل أكبر مع زيادة الإنتاج الضخم. ومع مرور الوقت ، فإن LiFSI لديه القدرة على استبدال LiPF6 باعتباره ملح الليثيوم الرئيسي لإلكتروليتات بطارية ليثيوم أيون.

مصادر:

• https://www.greencarcongress.com/2013/06/lifsi-20130626.html

هل ستزدهر سوق سداسي فلورو الفوسفات الليثيوم (LiPF6) أم ستنهار في عام 2021؟

2021-11-01 | Jerry Huang

سداسي فلورو الفوسفات الليثيوم (LiPF6) هو مادة خام رئيسية في تكنولوجيا اليوم ، لإلكتروليتات بطارية ليثيوم أيون لبطاريات طاقة الليثيوم أيون ، وبطاريات تخزين طاقة الليثيوم أيون وبطاريات ليثيوم أيون للإلكترونيات الاستهلاكية الأخرى. جنبًا إلى جنب مع ازدهار صناعة السيارات الكهربائية ، يستهلك قطاع بطاريات طاقة ليثيوم أيون الجزء الأكبر من LiPF6 في السوق.

منذ سبتمبر 2020 ، زادت مبيعات سيارات الطاقة الجديدة بشكل كبير ، مما أدى إلى زيادة مبيعات سداسي فلورو الفوسفات الليثيوم. تشير التقديرات إلى أن الطلب على سداسي فلورو فوسفات الليثيوم في قطاع بطاريات الطاقة سيبلغ حوالي 66000 طن في عام 2021 ونحو 238000 طن في عام 2025 ، بمتوسط معدل نمو سنوي يبلغ حوالي 40٪.

وفقًا للبيانات من يناير إلى سبتمبر 2021 ، تبلغ السعة التراكمية لبطارية LFP في الصين في تركيب EV حوالي 45.38 جيجاوات ساعة ، والقدرة التراكمية للبطاريات الثلاثية حوالي 49.70 جيجاوات ساعة. من المتوقع أن تتجاوز السعة الإجمالية السنوية لبطارية LFP في تركيب المركبات الكهربائية تلك السعة الثلاثية في عام 2021 ، مع توقع معدل نمو مرتفع سنويًا.

اعتبارًا من 18 أكتوبر ، بلغ سعر سداسي فلورو الفوسفات الليثيوم 520.000 يوان / طن ، وقد ارتفع بنحو 500٪ في عام 2021 مع سعره عند 107.000 يوان / طن فقط في بداية هذا العام ، مسجلاً ارتفاعًا قياسيًا جديدًا منذ يونيو 2017. من الواضح أن سداسي فلورو الفوسفات الليثيوم ومضافات الإلكتروليت أصبحت واحدة من المواد ذات أعلى معدلات النمو هذا العام. من المتوقع أن يستمر الطلب القوي في السوق ، وهو الآن يعاني من نقص في المعروض.

هل سيستمر سعر كربونات الليثيوم في الزيادة؟

2021-10-18 | Jerry Huang

دعونا نلقي نظرة على حالات العرض والطلب لكربونات الليثيوم من أجل تقييم اتجاهات أسعارها.

كربونات الليثيوم من فئة البطارية (Li2CO3)

المجالات الرئيسية المطلوبة من كربونات الليثيوم من فئة البطاريات هي حاليًا من إعداد مواد الكاثود الثلاثي NMC وأكسيد الكوبالت الليثيوم وجزء من فوسفات حديد الليثيوم (LFP).

في عام 2021 ، كان معدل النمو الإجمالي لـ NMC532 و NMC622 منخفضًا ، مقارنة بالمواد الثلاثية الغنية بالنيكل و LFP. في النصف الثاني من عام 2021 ، تشير التقديرات إلى أن الطلب على كربونات الليثيوم من فئة البطاريات من إنتاج مواد الكاثود الثلاثية من NMC سيبلغ حوالي 48470 طنًا ، بزيادة قدرها 2.4٪ فقط عن النصف السابق لعام 2020.

بسبب التأثير السلبي للوباء ، انخفض حجم صادرات الصين من الإلكترونيات الاستهلاكية بشكل كبير ، مع زيادة طفيفة في سوقها المحلي. انخفض الطلب على كربونات الليثيوم من فئة البطاريات من مصنعي أكسيد الكوبالت الليثيوم. في النصف الثاني من عام 2021 ، تشير التقديرات إلى أن الطلب على كربونات الليثيوم من هذه المنطقة سيبلغ حوالي 16737 طنًا ، بانخفاض 9.7٪ عن H2 لعام 2020.

من حيث الطلب من مواد LFP ، تستخدم العديد من مصانع مواد LFP ذات الطاقة السائدة حاليًا كربونات الليثيوم من فئة البطاريات كمصدر رئيسي لليثيوم (يمثل حوالي 30 ٪) لضمان جودة بطارية طاقة LFP لسوق السيارات الكهربائية. في ظل عدم التوازن بين العرض والطلب في سوق بطاريات LFP الكهربائية ، بدأت الشركات في توسيع طاقتها الإنتاجية إلى حد كبير. في عام 2021 H2 ، من المتوقع أن يصل الطلب على كربونات الليثيوم من فئة البطاريات من هذا الحقل إلى حوالي 14،788 طنًا ، بزيادة قدرها 30٪ عن H2 لعام 2020.

كربونات الليثيوم الصناعية (Li2CO3)

المنطقة الرئيسية المطلوبة لكربونات الليثيوم من الدرجة الصناعية هي من إنتاج متوسط جودة المواد LFP ، ومنغنات الليثيوم ، وسداسي فلورو الفوسفات الليثيوم وبعض الصناعات التقليدية.

من حيث الطلب من إنتاج المواد LFP ، منذ النصف الثاني من عام 2020 ، نمت مبيعات طرازات EV من الفئة A00 بسرعة في السوق الصينية ، مما أدى إلى زيادة الطلب على بطارية LFP ذات طاقة متوسطة عالية الجودة. في الوقت نفسه ، أطلقت بعض الطرز المتوسطة والراقية ، مثل Tesla Model Y و Model 3 ، أيضًا إصداراتها الخاصة التي تعمل بنظام LFP. إلى جانب ذلك ، يتزايد أيضًا الطلب على بطاريات LFP في سوق تخزين الطاقة وعجلتين. حاليًا ، يمثل الطلب على كربونات الليثيوم من الدرجة الصناعية (بما في ذلك شبه البطارية) من إنتاج مواد LFP حوالي 70 ٪ ، مقارنةً بكربونات الليثيوم من فئة البطارية. في عام 2021 H2 ، من المتوقع أن يصل الطلب على كربونات الليثيوم الصناعية من هذا الحقل إلى حوالي 34505 أطنان ، بزيادة قدرها 30٪ عن 2020 H2.

بالنسبة للطلب من إنتاج منغنات الليثيوم ، نظرًا لقلة طلبات الإلكترونيات الاستهلاكية والعجلات ذات العجلتين في الخارج ، فإن الطلب على مادة كاثود منغنات الليثيوم ليس قويًا. في الوقت نفسه ، مع استمرار ارتفاع سعر أملاح الليثيوم ، يمارس المصنعون ضغطًا كبيرًا على زيادة التكلفة وخفض بعضهم إنتاجه. لذلك ، يستمر الطلب على كربونات الليثيوم الصناعية في الانكماش. كان هناك انخفاض واضح في إنتاج مواد الكائنات الحية المعدلة في وقت مبكر من هذا العام في عيد الربيع. ومع ذلك ، في عام 2021 H2 ، من المتوقع أن يصل الطلب على كربونات الليثيوم الصناعية من هذا الحقل إلى ما يقرب من 11900 طن ، بزيادة طفيفة قدرها 8٪ عن النصف الثاني من عام 2020.

فيما يتعلق بالطلب من تحضير سداسي فلورو فوسفات الليثيوم ، جنبًا إلى جنب مع المبيعات الساخنة في سوق المركبات الكهربائية ، زاد إنتاج الإلكتروليت المحلي بشكل كبير ، كما زاد الطلب على سداسي فلورو فوسفات الليثيوم (LiPF6) بشكل كبير أيضًا. في عام 2021 هـ ، يقدر الطلب على كربونات الليثيوم الصناعية من هذه المنطقة بحوالي 11،236 طن ، بزيادة قدرها 40٪ عن 2020 H2.

الطلب المتبقي على كربونات الليثيوم الصناعية يأتي من إنتاج معدن الليثيوم ، وهيدروكسيد الليثيوم المعالج بالكاوية والمستحضرات الصيدلانية ، وهو ما يمثل حوالي 26 ٪ من الطلب الإجمالي ، مع زيادة طفيفة.

في الختام ، يستمر الطلب الإجمالي على كربونات الليثيوم في الزيادة بسرعة. ومع ذلك ، فإن الناتج الإجمالي من كربونات الليثيوم يتقلص في عام 2021 H2 بسبب انخفاض المعروض من الإسبودومين ، على الرغم من زيادة العرض من مصادر المياه المالحة محليًا وخارجيًا. من المرجح أن ترتفع أسعار كربونات الليثيوم إذا كانت التقديرات المذكورة أعلاه صحيحة.

هل LiTFSI هو أفضل خيار لتحسين أداء درجات الحرارة المنخفضة في خلايا HEV؟

2021-10-11 | Jerry Huang

بشكل عام ، يُعتقد أنه كلما زادت نسبة الكربون الصلب (أعلى من 15٪) المغلف بأنود بطارية ليثيوم أيون ، كانت موصليةها أفضل. ومع ذلك ، يجب أن نوضح أن ضغط قطع قطب الكربون الصلب النقي يبلغ حوالي 1.15 جم / سم مكعب. إذا تم طلاء المزيد من الكربون الصلب بمادة الجرافيت ، فسيتم تقليل كثافة الضغط لقطعة القطب بأكملها (دون زيادة المساحة بين طبقات المواد الأساسية). يمكنها فقط تحقيق 1.2 جم / سم مكعب على الأكثر. في الوقت نفسه ، قد يتم ضغط الكربون الصلب وقد لا يتم استخدام الأداء بالكامل. لذلك ، من الضروري اختيار نسبة مختلفة من طلاء الكربون الصلب وفقًا لسيناريوهات التطبيق.

من المنطقي أن مادة الأنود عادة ما تكون مضغوطة بشكل غير متساو وغير منتظمة. كلما زاد حجم الجسيمات للمادة ، زادت المقاومة الداخلية. لذلك ، إذا تم استخدام طلاء الكربون الصلب ، على الرغم من أنه يمكن إطالة عمر دورة البطارية بشكل كبير ، فإن تقويمها يكون ضعيفًا نسبيًا (تقل سعة خلية البطارية بشكل كبير خلال التخزين لمدة 6 أشهر).

هل LiTFSI هو أفضل خيار لتحسين أداء درجات الحرارة المنخفضة في خلايا HEV؟

من الواضح أن مادة الأنود الصلبة المطلية بالكربون ليست كافية لحل نقاط الألم للأداء الضعيف عند درجات الحرارة المنخفضة ؛ يجب تحسين بعض المواد الأخرى ، مثل الشوارد. تعد الإلكتروليتات جزءًا مهمًا من بطاريات الليثيوم أيون ، وهي لا تحدد معدل هجرة أيونات الليثيوم + ليثيوم في المرحلة السائلة فحسب ، بل تلعب أيضًا دورًا رئيسيًا في تكوين فيلم SEI. في الوقت نفسه ، تحتوي الإلكتروليتات الحالية على ثابت عازل أقل ، بحيث يمكن لأيونات الليثيوم جذب المزيد من جزيئات المذيبات وإطلاقها أثناء الإذابة ، مما يتسبب في تغييرات أكبر في الانتروبيا في النظام ومعاملات درجة حرارة أعلى (TCs). لذلك ، من المهم العثور على طريقة تعديل بها تغير أصغر في الانتروبيا أثناء الذوبان ، ومعامل درجة حرارة أقل ، وأقل تأثرًا بتركيز الإلكتروليت. حاليًا ، هناك طريقتان لتحسين أداء درجات الحرارة المنخفضة من خلال الإلكتروليتات:

1. تحسين التوصيل في درجات الحرارة المنخفضة للكهارل عن طريق تحسين تكوين المذيب. يتم تحديد أداء درجة الحرارة المنخفضة للكهارل من خلال نقطة الانصهار منخفضة درجة الحرارة. إذا كانت نقطة الانصهار عالية جدًا ، فمن المحتمل أن يتبلور المنحل بالكهرباء في درجات حرارة منخفضة ، مما سيؤثر بشكل خطير على موصلية الإلكتروليت ويؤدي في النهاية إلى فشل بطارية الليثيوم. تعتبر كربونات الإيثيلين EC مكونًا مهمًا من مكونات المذيبات في المنحل بالكهرباء. نقطة انصهارها هي 36 درجة مئوية. في درجات الحرارة المنخفضة ، من المرجح أن تنخفض قابليته للذوبان وحتى تترسب البلورات في الإلكتروليتات. من خلال إضافة مكونات منخفضة الذوبان ومنخفضة اللزوجة لتخفيف وتقليل محتوى EC للمذيب ، يمكن تقليل اللزوجة ونقطة الانصهار للكهارل بشكل فعال في درجات حرارة منخفضة ، ويمكن تحسين موصلية الإلكتروليت. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت الدراسات المحلية والخارجية أيضًا أن استخدام حمض الكربوكسيل المتسلسل ، وخلات الإيثيل ، وبروبيونات الإيثيل ، وخلات الميثيل ، وميثيل الزبدات كمذيب مشترك بالكهرباء مفيد لتحسين الموصلية في درجات الحرارة المنخفضة للإلكتروليتات و يحسن بشكل كبير أداء درجات الحرارة المنخفضة للبطارية. تم إحراز تقدم كبير في هذا المجال.
2. إن استخدام المضافات الجديدة لتحسين خصائص فيلم SEI يجعله يساعد على توصيل أيونات الليثيوم في درجات حرارة منخفضة. يعد ملح الإلكتروليت أحد المكونات المهمة للإلكتروليتات ، وهو أيضًا عامل رئيسي للحصول على أداء ممتاز في درجات الحرارة المنخفضة. منذ عام 2021 ، أصبح ملح الإلكتروليت المستخدم على نطاق واسع هو سداسي فلورو فوسفات الليثيوم. يتميز فيلم SEI الذي يتم تشكيله بسهولة بعد التقادم بمقاومة كبيرة ، مما يؤدي إلى ضعف الأداء في درجات الحرارة المنخفضة. لذلك ، أصبح تطوير نوع جديد من ملح الليثيوم أمرًا ملحًا. الليثيوم رباعي فلورو بورات الليثيوم وبورات ديفلورووكسالات الليثيوم (LiODFB) ، كأملاح الليثيوم للكهارل ، جلبت أيضًا موصلية عالية تحت درجات حرارة عالية ومنخفضة ، بحيث تعرض بطارية أيون الليثيوم أداء كهروكيميائي ممتاز في نطاق درجات حرارة واسعة.

كنوع جديد من ملح الليثيوم غير المائي ، يتمتع LiTFSI باستقرار حراري عالي ، ودرجة صغيرة من الارتباط بين الأنيون والكاتيون ، وقابلية عالية للذوبان والتفكك في أنظمة الكربونات. في درجات الحرارة المنخفضة ، تضمن الموصلية العالية ومقاومة نقل الشحن المنخفضة للكهارل لنظام LiFSI أداء درجات الحرارة المنخفضة. ماندال وآخرون. استخدم LiTFSI كملح ليثيوم و EC / DMC / EMC / pC (نسبة الكتلة 15: 37: 38: 10) كمذيب أساسي للإلكتروليت ؛ وأظهرت النتيجة أن المنحل بالكهرباء لا يزال يتمتع بموصلية عالية تبلغ 2 ملي سمسمتر -1 عند -40 درجة مئوية. لذلك ، يعتبر LiTFSI أكثر الإلكتروليتات الواعدة التي يمكن أن تحل محل سداسي فلورو فوسفات الليثيوم ، ويعتبر أيضًا بديلاً للانتقال إلى عصر الإلكتروليتات الصلبة.

وفقًا لـ Wikipedia ، فإن إيميد الليثيوم ثنائي (ثلاثي فلورو الميثان سلفونيل) ، غالبًا ما يشار إليه ببساطة باسم LiTFSI ، هو ملح ماء مع الصيغة الكيميائية LiC2F6NO4S2. LiTFSI عبارة عن بلورة أو مسحوق أبيض يمكن استخدامه كملح ليثيوم إلكتروليت عضوي لبطاريات الليثيوم أيون ، مما يجعل الإلكتروليت يُظهر ثباتًا وموصلية كهروكيميائية عالية. يستخدم بشكل شائع كمصدر Li-ion في الإلكتروليتات لبطاريات Li-ion كبديل أكثر أمانًا لسداسي فلورو فوسفات الليثيوم الشائع الاستخدام. وهي مكونة من كاتيون Li واحد وأنيون ثنائي البستريفليميد. نظرًا لقابلية ذوبانه العالية جدًا في الماء (> 21 مترًا) ، فقد تم استخدام LiTFSI كملح ليثيوم في إلكتروليتات الماء بالملح لبطاريات الليثيوم أيون المائية.

يمكن الحصول على LiTFSI عن طريق تفاعل ثنائي (ثلاثي فلورو ميثيل سلفونيل) إيميد وهيدروكسيد الليثيوم أو كربونات الليثيوم في محلول مائي ، ويمكن الحصول على اللامائى عن طريق التجفيف بالفراغ عند 110 درجة مئوية: LiOH + HNTf2 → LiNTf2 + H2O

يمكن استخدام إيميد الليثيوم ثنائي (ثلاثي فلورو ميثيل سلفونيل) في تحضير الإلكتروليتات لبطاريات الليثيوم وكمحفز جديد لحمض لويس في التربة النادرة ؛ يتم استخدامه لتحضير أملاح إيميدازوليوم مراوان بواسطة تفاعل استبدال الأنيون من ثلاثي فلورو ميثان سلفونات المقابل. هذا المنتج عبارة عن مركب أيون عضوي مهم يحتوي على الفلور ، ويستخدم في بطاريات الليثيوم الثانوية ، والمكثف الكيميائي الفائق ، والمكثفات الالكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم ، والمواد المنحل بالكهرباء غير المائية عالية الأداء وكمحفز جديد عالي الكفاءة. استخداماته الأساسية هي كما يلي:

1. بطاريات الليثيوم
2. السوائل الأيونية
3. الاستاتيكيه
4. الطب (أقل شيوعًا)

ومع ذلك ، قال مهندس بحث وتطوير من الصين ذات مرة: "يستخدم LiTFSI بشكل أساسي كمادة مضافة في الإلكتروليتات الحالية ولن يتم استخدامه كملح رئيسي وحده. بالإضافة إلى ذلك ، حتى لو تم استخدامه كمادة مضافة ، فإن الإلكتروليت المُركب له أداء أفضل من الإلكتروليتات الأخرى. يعتبر LiTFSI Electrolyte أغلى بكثير من الأنواع المعتادة من الإلكتروليت ، لذلك لا تتم إضافة LiTFSI ، إذا لم تكن هناك متطلبات خاصة لأداء المنحل بالكهرباء ".

يُعتقد أنه في بعض سيناريوهات التطبيق ، هناك متطلبات أساسية للبطاريات عالية الطاقة ، وسيناريوهات مثل الرافعات الشوكية الكهربائية و AGVs. فيما يتعلق بالمتانة وسمات أدوات الإنتاج ، من الضروري أيضًا حل مشاكل دورة الحياة وأداء درجات الحرارة المنخفضة في وقت واحد. لذلك ، سيستمر البحث والتطوير بشأن الجيل التالي من الإلكتروليتات. لكنه لا يزال مصدر قلق متعدد الأبعاد ومنافسة الأداء والتكلفة والسلامة ؛ وستتخذ الأسواق في النهاية خياراتها الخاصة.

مراجع:

1. تشنغ ، هونغخه ؛ تشو ، كونتينج تشانغ ، لي ؛ ليو ، جاو ؛ باتاغليا ، فينسنت (2012). "الكربون الصلب: أنود واعد لبطارية ليثيوم أيون لتطبيقات درجات الحرارة العالية مع إلكتروليت أيوني". تقدم RSC. الجمعية الملكية للكيمياء. (11): 4904-4912. دوى: 10.1039 / C2RA20536J. تم الاسترجاع 2020/08/15.
2. كامياما ، أزوسا ؛ كوبوتا ، كي ؛ ناكانو ، تاكيشي ؛ فوجيمورا ، شون ؛ شيراشي ، سوشي ؛ تسوكادا ، هيديهيكو ؛ كومابا ، شينيتشي (27 يناير 2020). "الكربون الصلب عالي السعة المركب من راتينج الفينول الكبير المسام لبطارية أيون الصوديوم وبوتاسيوم أيون". مواد الطاقة التطبيقية ACS. الجمعية الكيميائية الأمريكية. 3: 135-140. دوى: 10.1021 / acsaem.9b01972.
3. محسن خسروي. بشيربور ، ندى ؛ نعمتبور ، فاطمة (1 نوفمبر 2013). "تركيب الكربون الصلب كمواد أنود لبطارية ليثيوم أيون". بحوث المواد المتقدمة. 829: 922-926. دوى: 10.4028 / www.scientific.net / AMR.829.922. تم الاسترجاع 2020/08/15.
4. Goriparti ، Subrahmanyam ؛ ميلي ، إرمانو ؛ دي أنجيليس ، فرانشيسكو ؛ دي فابريزيو ، إنزو ؛ Proietti Zaccaria، Remo؛ كابيجليا ، كلوديو (2014). "مراجعة التقدم الأخير في مواد الأنود ذات البنية النانوية لبطاريات Li-ion". مجلة مصادر الطاقة. 257: 421–443. بيب كود: 2014 JPS ... 257..421G. دوى: 10.1016 / j.jpowsour.2013.11.103.
5. إيريساري ، إي ؛ بونروش ، أ. Palacín ، MR (2015). "مراجعة مواد القطب السالب للكربون الصلب لبطاريات أيونات الصوديوم". مجلة الجمعية الكهروكيميائية. 162: A2476. دوى: 10.1149 / 2.0091514jes.
6. دو ، شينوي ؛ الحسا ، إيفانا ؛ سوريل ، داميان ؛ فالما ، كريستوف ؛ وو ، ليمينغ بوخولز ، دانيال ؛ بريسر ، دومينيك ؛ كومابا ، شينيتشي ؛ باسريني ، ستيفانو (2019). "الكربون الصلب لبطاريات أيون الصوديوم: الهيكل والتحليل والاستدامة والكيمياء الكهربية". المواد اليوم. 23: 87-104. دوى: 10.1016 / j.mattod.2018.12.040

تجاوزت بطارية LFP البطارية الثلاثية في تركيب EV في يوليو

2021-08-12 | Jerry Huang

في سوق الصين ، بلغ إجمالي إنتاج بطارية الطاقة المحلية 17.4 جيجاوات ساعة في يوليو 2021 ، بزيادة قدرها 185.3٪ على أساس سنوي وزيادة 14.2٪ على أساس شهري. من بينها ، يبلغ إنتاج البطارية الثلاثية 8.0 جيجاوات ساعة ، وهو ما يمثل 46.0٪ من إجمالي الإنتاج ، مع زيادة قدرها 144.0٪ على أساس سنوي ، وزيادة بنسبة 8.6٪ على أساس شهري ؛ يبلغ إنتاج بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) 9.3 جيجاوات ساعة ، وهو ما يمثل 53.8٪ من إجمالي الإنتاج ، بزيادة قدرها 236.2٪ على أساس سنوي ، وزيادة بنسبة 20.0٪ على أساس شهري.

من يناير إلى يوليو من هذا العام ، بلغ الناتج الإجمالي لبطاريات الطاقة 92.1 جيجاوات ساعة ، بزيادة 210.9٪ على أساس سنوي. من بينها ، كان الناتج التراكمي للبطاريات الثلاثية 44.8 جيجا واط / ساعة ، بزيادة قدرها 148.2٪ على أساس سنوي ، وهو ما يمثل 48.7٪ من إجمالي الإنتاج ؛ بلغ الناتج التراكمي لبطاريات LFP 47.0 جيجاوات ساعة ، بزيادة قدرها 310.6٪ على أساس سنوي ، وهو ما يمثل 51.1٪ من إجمالي الإنتاج.

فيما يتعلق بسعة البطارية المركبة من قبل صناعة السيارات الكهربائية ، بلغ إجمالي سعة تركيب البطاريات الثلاثية في يوليو 5.5 جيجاوات ساعة ، وهو ما يمثل 48.7٪ ، بزيادة قدرها 67.5٪ على أساس سنوي ، ولكن بانخفاض قدره 8.2٪ على أساس شهري. ؛ بلغ إجمالي تركيب بطاريات LFP 5.8 جيجاوات في الساعة ، وهو ما يمثل 51.3٪ ، بزيادة قدرها 235.5٪ على أساس سنوي وزيادة بنسبة 13.4٪ على أساس شهري.

من يناير إلى يوليو ، بلغت السعة التراكمية للبطاريات الثلاثية المركبة في EV 35.6 جيجاوات ساعة ، بزيادة قدرها 124.3٪ على أساس سنوي ، وهو ما يمثل 55.8٪ من إجمالي الحجم المركب ؛ بلغت السعة التراكمية لبطاريات LFP 28.0 جيجاواط / ساعة ، بزيادة قدرها 333.0٪ على أساس سنوي ، وهو ما يمثل 43.9٪ من إجمالي الحجم المركب.

المصدر: SPIR News

إخراج LFP بطارية يتجاوز ذلك من ترناري بطارية ليثيوم مايو

2021-07-06 | Jerry Huang

وفقا للبيانات الصادرة عن التحالف الإبداع الصين صناعة البطاريات للسيارات الطاقة، بلغ إجمالي الناتج طاقة البطارية للصين مايو 2021 13.8GWh، بزيادة على اساس سنوى من 165.8٪. من بينها، وإخراج (LFP) بطاريات ليثيوم الحديد الفوسفات 8.8GWh مايو، وهو ما يمثل 63.6٪ من إجمالي الناتج البطارية، بزيادة قدرها 317.3٪ في العام على اساس سنوى، وبزيادة قدرها 41.6٪ في الشهر على اساس شهر . وكان الناتج من بطاريات الليثيوم ثلاثية 5.0GWh، وهو ما يمثل 36.2٪ من الناتج الإجمالي، بزيادة قدرها 62.9٪ في العام على اساس سنوى، ولكن بانخفاض 25.4٪ عن الشهر السابق. بسبب الارتفاع الكبير في مايو من هذا العام، وقد تجاوز إنتاج بطاريات LFP أن بطاريات الليثيوم ثلاثية للمرة الأولى منذ عام 2018. وكان الناتج التراكمي للبطارية LFP 29.9GWh خلال الفترة من يناير الى مايو من هذا العام، وهو ما يمثل 50.3٪ من الناتج الإجمالي؛ في حين بلغ الانتاج التراكمي من بطاريات الليثيوم ثلاثية 29.5GWh في نفس الفترة، وهو ما يمثل 49.6٪.

من حيث سعة البطارية المثبتة من قبل صناعة EV، وحصة بطاريات LFP مؤقتا أقل من الثلاثي بطاريات الليثيوم لا يزال. في مايو، زادت قدرة تركيب بطاريات LFP من 458.6٪ في العام على أساس سنوي إلى 4.5 جيجا واط ساعة، وزيادة القدرة المركبة من البطاريات ثلاثية من 95.3٪ في العام على أساس سنوي إلى 5.2 جيجا واط ساعة. في الأشهر الخمسة الأولى من هذا العام، بلغ تركيب الصين من قدرة البطارية السلطة 41.4GWh في EV، بزيادة على اساس سنوى من 223.9٪. ومن بين هؤلاء، كان حجم التراكمي للالثلاثي بطاريات الليثيوم 24.2GWh، بزيادة قدرها 151.7٪ في العام على اساس سنوى، وهو ما يمثل 58.5٪ من إجمالي بطاريات مثبتة. بلغ حجم التراكمي للبطاريات LFP 17.1GWh، بزيادة قدرها 456.6٪ في العام على اساس سنوى، وهو ما يمثل 41.3٪ من إجمالي بطاريات مثبتة. ومع ذلك، فمن الجدير بالذكر أن معدل النمو الحالي للبطاريات LFP في إنتاج وتركيب EV يتجاوز بكثير من الثلاثي بطاريات الليثيوم. إذا استمر هذا الوضع، قد يتجاوز تركيب EV بطاريات LFP في يونيو حزيران ان من الثلاثي بطاريات الليثيوم كذلك.

انتاج النيكل الغنية المواد الكاثود يزيد بشكل كبير

2021-07-05 | Jerry Huang

ووفقا للاحصاءات الصادرة عن ICCSINO، زادت حصتها في السوق من المواد ثلاثية والنيكل الغني (811 ونوع NCA) في عام 2020 إلى 22٪ تقريبا في مجال مواد الثلاثي الشاملة، وهي زيادة كبيرة مقارنة بما كان عليه في عام 2019. ورغم أن هذا العام في 2021 ، والناتج الاجمالي من الثلاثي المواد الكاثود تبين أن حوالي 106400 طن في الصين في Q1 + أبريل، والتي شكلت مواد النيكل غني عن 32.7٪. بلغ الانتاج الشهري في أبريل مستوى جديد في سجل من 10450 طن، بزيادة على اساس سنوى بلغ 309.8٪. معدل نمو فاق التوقعات. أصبح المواد ثلاثية والنيكل الغنية تدريجيا ساحة المعركة الرئيسية من المواد الثلاثي المستقبل.

في الواقع، في السنوات القليلة الماضية، لم تكن عالية nickelization من المواد الكاثود الثلاثي على نحو سلس في السوق الصينية. على الرغم من أن الاتجاه ظهرت بالفعل في السوق في عام 2018، والمواد والنيكل الغنية لا تقبل بشكل جيد في سوق الطاقة الصينية الجديدة بسبب قضايا التقنية والسلامة. في 2019، كانت حصة السوق من مادة النيكل الغنية فقط حوالي 13٪. ومع ذلك، مع الطلب المتزايد في الأسواق الخارجية في العامين الماضيين والإقبال على بطاريات النيكل الغنية من قبل شركات السيارات الكبرى، وشحنات من المواد الكاثود والنيكل الغنية الصين كانت في ارتفاع مطرد.

هنا رسما بيانيا يبين سهم من الناتج مواد مختلفة الثلاثي الكاثود "في السوق الصينية في Q1 + أبريل خلال السنوات الأخيرة. المصدر: ICCSINO.COM