Se revela otra tecnología ecológica y de bajo costo para reciclar cátodos de baterías de iones de litio

2025-11-25 | Jerry Huang

Nota del editor: El rápido desarrollo de la electrónica de consumo, los vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía en la red eléctrica ha generado una enorme demanda de baterías de iones de litio (LIB). Sin embargo, con una vida útil de tan solo 6 a 8 años, se prevé que más de 11 millones de toneladas de baterías se agoten para 2030, lo que generará una presión sobre los recursos sin precedentes, riesgos ambientales y desafíos económicos. Actualmente, los materiales catódicos reciclados (en particular, los óxidos metálicos en capas, OVM), que contienen elementos de alto valor como Li, Co, Ni y Mn, son el foco de estas iniciativas de reciclaje.

Aquí se presenta otro enfoque presentado por el equipo de Quanquan Pang en la PKU, junto con el equipo conjunto de Jiashen Meng en la WUT, sobre el reciclaje de cátodos de baterías de iones de litio (LIB) gastados, en particular los OVM. Gracias a todos los investigadores, con gran respeto.

En particular, este enfoque LTMS-ECR procesa directamente los cátodos gastados aún adheridos a los colectores de corriente de aluminio, sin el paso de triturar los electrodos para convertirlos en "polvo negro" y simplifica significativamente los pasos de pretratamiento.

Se afirma que la tecnología LTMS-ECR tiene el potencial de lograr una alta rentabilidad de $1,86/kg en el reciclaje de baterías gastadas debido al uso de electrolitos de sal fundida reutilizables de bajo costo y Li2O, junto con subproductos de alto valor Co3O4 y LiCl, mostrando una mejora de casi diez veces sobre las tecnologías pirometalúrgicas e hidrometalúrgicas.

Los análisis de impacto técnico, económico y ambiental demuestran que el LTMS-ECR presenta una notable viabilidad económica y sostenibilidad en términos de carbono. Su alta eficiencia de recuperación, bajo consumo energético y respeto al medio ambiente representan una vía química revolucionaria para el reciclaje de material catódico.

Abstracto

El reciclaje electroquímico (ECR) ofrece una estrategia prometedora que aprovecha las energías renovables para deconstruir óxidos metálicos estratificados (LMO) gastados. Sin embargo, los enfoques actuales de ECR se limitan a la operación a alta temperatura (hasta 750 °C) empleando fundidos de carbonato o cloruro alcalino como electrolitos, lo que conlleva un alto consumo de energía para el aporte de calor. En este estudio se propone un electrolito de fundido de cloroaluminato alcalino de bajo punto de fusión compuesto por AlCl₃–LiCl, que permite la electrólisis de ECR a una temperatura tan baja como 150 °C. Debido a la alta solubilidad del portador de carga O₂− en el fundido de cloroaluminato alcalino, el cátodo de LMO sufre una desestructuración reductora electroquímica para producir metales de transición elementales y cloruro de litio (LiCl). Cabe destacar que dos productos son insolubles en el fundido con adición de Li₂O y pueden separarse mediante un sencillo tratamiento de lixiviación con agua. Cabe destacar que, al incorporar un ánodo inerte de TiN, se eliminan las emisiones de CO₂ durante la electrólisis, generando en su lugar O₂, lo que contribuye aún más a la neutralidad de carbono. Con el método de electrolito de sales fundidas de baja temperatura (ECR-LTMS), se alcanza una alta tasa de recuperación de cobalto del 97,3 % para LiCoO₂. Los análisis tecnoeconómicos proyectan que la tecnología LTMS-ECR reduce el consumo de energía y las emisiones de CO₂ en aproximadamente un 20 % y es casi diez veces más rentable que los métodos convencionales. Este método representa una alternativa revolucionaria para el reciclaje energéticamente eficiente, sostenible y económicamente viable de baterías de iones de litio (LIB) usadas.

Referencias

https://doi.org/10.1002/adma.202512984

¿Qué está ocurriendo en el mercado del litio, especialmente en el de LiPF6?

2025-10-31 | Jerry Huang

En los últimos cuatro meses, muchas sales de litio, incluidas sales básicas como el carbonato de litio y el hidróxido de litio, han experimentado un aumento evidente en sus precios de mercado, al igual que el LiPF6 y el LiFSI, en función de la situación de la oferta y la demanda.

La demanda de sales de litio para almacenamiento de energía en el mercado interno ha aumentado rápidamente en la segunda mitad del año. Junto con la creciente demanda de baterías de litio para vehículos eléctricos, que se ha mantenido durante el habitual auge de septiembre y octubre, los fabricantes de baterías también han experimentado una gran demanda de litio, operando prácticamente a plena capacidad. Sorprendentemente, la demanda en los mercados extranjeros también ha seguido aumentando. Esta fuerte demanda impulsa el alza de precios de las sales de litio. Dado que el LiPF6 sigue siendo la principal sal para electrolitos en el mercado chino, su precio ha continuado aumentando rápidamente, superando al del LiFSI en octubre de 2025. Hemos visto situaciones similares en numerosas ocasiones a lo largo de la historia.

Por otro lado, la competencia de precios de los últimos años ha provocado una pausa en la producción de muchos fabricantes medianos y pequeños de sales de litio; algunos de los principales productores también han detenido parcialmente su capacidad productiva, cuya reanudación tomará entre dos y tres meses. Muchas plantas y capacidades de nueva construcción no han funcionado tan bien como se esperaba. El suministro de sales de litio se ha vuelto temporalmente escaso en el mercado tras un período de sobrecapacidad de un par de años.

Dado que los precios de las sales de litio básicas, como el carbonato de litio y el hidróxido de litio, han seguido aumentando durante los últimos cuatro meses, los costos de LiPF6 y LiFSI también han aumentado al mismo tiempo.

Hasta ahora, el LiPF6 ha sido la principal sal de litio para la producción de electrolitos en el mercado interno chino, lo que hace que su demanda sea mayor que la de otras sales actualmente. ¿Continuará aumentando el desequilibrio entre la oferta y la demanda o se acercará a un equilibrio en un futuro próximo? Habrá que esperar para ver.

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Se revela un material de haluro económico, de alta densidad energética y larga vida útil

2025-09-09 | Jerry Huang

Nota del editor: En el campo del almacenamiento de energía, las baterías de estado sólido se consideran la mejor solución para la tecnología de almacenamiento de energía de próxima generación. Sin embargo, su desarrollo se ha visto limitado durante mucho tiempo por cuellos de botella críticos en los materiales de los electrodos. Las baterías de estado sólido tradicionales (ASSB) suelen incluir electrodos compuestos de materiales activos, electrolitos sólidos y aditivos conductores. Sin embargo, estos componentes inactivos (que ocupan entre el 40 % y el 50 % del volumen de los electrodos) no solo reducen la densidad energética, sino que también inducen reacciones secundarias interfaciales y aumentan la tortuosidad del transporte de iones de litio. Si bien los diseños "todo en uno" (materiales con alta conductividad y actividad electroquímica) podrían resolver estos problemas, los materiales existentes, como los óxidos (baja capacidad) y los sulfuros (alto coste), tienen dificultades para satisfacer las necesidades de los mercados futuros. Los haluros ofrecen ventajas en cuanto a bajo coste y alta conductividad iónica, pero presentan una conductividad electrónica y una densidad energética insuficientes. Por lo tanto, el desarrollo de materiales "todo en uno" que combinen un alto rendimiento electroquímico, una escalabilidad económica y estabilidad mecánica se ha convertido en un reto crucial.

He aquí un excelente ejemplo. Un equipo de la Universidad de Western Ontario en Canadá ofrece una respuesta revolucionaria en su estudio en Nature: diseñaron el primer material de haluro del mundo, Li₁.₃Fe₁.₂Cl₄, con capacidad de autocuración dinámica e integración tres en uno (cátodo/electrolito/conductor). Mediante reacciones redox reversibles Fe²⁺/Fe³⁺ y un mecanismo único de transición de frágil a dúctil, este material conserva el 90 % de su capacidad después de 3000 ciclos, alcanzando una densidad energética del electrodo de 529,3 Wh kg⁻¹ (escalable a 725,6 Wh kg⁻¹ con diseños compuestos). Más notable aún, su coste es solo el 26 % del de los electrodos convencionales. La radiación de sincrotrón, junto con simulaciones atómicas, reveló por primera vez un mecanismo de autocuración inducido por la migración de hierro. Este trabajo no solo libera un material básico para baterías de estado sólido, sino que también proporciona un caso paradigmático para el diseño integral que integra materiales, mecánica y electroquímica. Gracias al gran esfuerzo de todos los investigadores.

Abstracto

Las baterías de estado sólido requieren diseños de cátodos avanzados para alcanzar su potencial de alta densidad energética y viabilidad económica. Los cátodos integrados todo en uno, que eliminan aditivos conductores inactivos e interfaces heterogéneas, prometen importantes mejoras en energía y estabilidad, pero se ven obstaculizados por materiales que carecen de suficiente conductividad Li+/e−, robustez mecánica y estabilidad estructural. Aquí presentamos Li1.3Fe1.2Cl4, un material de haluro rentable que supera estos desafíos. Aprovechando la oxidación-reducción reversible de Fe2+/Fe3+ y el rápido transporte de Li+/e− dentro de su estructura, Li1.3Fe1.2Cl4 alcanza una densidad energética de electrodo de 529,3 Wh kg−1 frente a Li+/Li. Fundamentalmente, Li1.3Fe1.2Cl4 muestra propiedades dinámicas únicas durante el ciclado, incluyendo la migración local reversible de Fe y una transición de frágil a dúctil que le confiere un comportamiento de autorreparación. Esto permite una estabilidad excepcional en los ciclos, manteniendo una retención de capacidad del 90 % durante 3000 ciclos a una velocidad de 5 °C. La integración de Li₁₃Fe₁₃Cl₄ con un óxido laminar rico en níquel aumenta aún más la densidad energética, alcanzando los 725,6 Wh kg−1. Al aprovechar las ventajosas propiedades dinámicas, mecánicas y de difusión de los haluros todo en uno, este trabajo los posiciona como una opción para cátodos duraderos y de alta densidad energética en baterías de estado sólido de próxima generación.

Referencias

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09153-1

¿Ganará el polímero de litio la carrera de las baterías de estado sólido?

2025-09-08 | Jerry Huang

Nota del editor: Existen cuatro tipos de electrolitos para las baterías de litio de estado sólido: polímero, óxido, sulfuro y haluro, cada uno con características distintas:

Electrolitos de litio poliméricos

Al utilizar materiales poliméricos como electrolitos, estos ofrecen flexibilidad y alta conductividad iónica, lo que los convierte en una solución transitoria idónea para baterías semisólidas. Presentan buena procesabilidad, aunque su estabilidad de ciclo a largo plazo aún debe validarse.

Electrolitos de óxido de litio

Estos electrolitos, basados en materiales como el óxido de litio, ofrecen un menor coste y una buena estabilidad, pero presentan una conductividad iónica relativamente baja.

Electrolitos de sulfuro de litio

Estos electrolitos, basados en compuestos de sulfuro de litio, presentan una alta conductividad a temperatura ambiente y una excelente compatibilidad interfacial, lo que los posiciona como la tecnología más prometedora comercialmente. Sin embargo, los materiales de sulfuro adolecen de baja estabilidad química y altos costos de producción.

Electrolitos de haluro de litio

Los electrolitos de estado sólido de haluro presentan una alta conductividad y resistencia a la oxidación, pero aún se encuentran en fase de laboratorio con perspectivas de comercialización inciertas.

Características comunes

Las baterías de estado sólido sustituyen los electrolitos líquidos tradicionales por materiales inorgánicos en polvo, lo que mejora significativamente la seguridad y la densidad energética. Sin embargo, las distintas rutas técnicas presentan diferencias sustanciales en cuanto a coste y grado de madurez del proceso. Por ejemplo, si bien la ruta del sulfuro ofrece una alta conductividad, adolece de una baja estabilidad química, mientras que la ruta del polímero presenta dificultades en cuanto a la vida útil de los ciclos de carga y descarga. Algunos expertos afirman que la producción comercial a gran escala de baterías de estado sólido dependerá, en última instancia, de soluciones de la industria de semiconductores, como la deposición de películas delgadas, la inspección de precisión a nivel de línea de producción y los sistemas de vacío, así como otras soluciones como la microestructuración y la nanoestructuración de películas delgadas. Se estima que esto llevará entre siete y diez años.

La tecnología de baterías de estado sólido está experimentando una transición crucial desde los prototipos de laboratorio a la industrialización, lo que exige una revisión sistemática de su marco de evaluación. La fase de laboratorio se centra principalmente en las métricas de rendimiento electroquímico (como la densidad de energía, la vida útil y la capacidad de carga/descarga), mientras que la tecnología de baterías de estado sólido a escala industrial requiere el establecimiento de criterios de evaluación multidimensionales.

1. Evaluaciones ampliadas: Las aplicaciones industriales deben involucrar factores sistémicos que incluyen: viabilidad de escalabilidad (que abarca la compatibilidad del proceso, el control del rendimiento, etc.), madurez de la cadena de suministro (que abarca la estabilidad crítica de las materias primas, las capacidades de soporte de equipos especializados, etc.) y costo total del ciclo de vida (que cubre la adquisición de materias primas, la fabricación, el reciclaje, etc.);

2. Optimización de la relación tecnología-coste: La industrialización exige un equilibrio óptimo entre datos técnicos y costes, incluyendo un equilibrio dinámico entre el rendimiento electroquímico y los costes de fabricación; el impacto de la selección del sistema de materiales y la resiliencia de su cadena de suministro; y el equilibrio entre la complejidad del proceso de producción y la escalabilidad;

3. Evaluación sistemática: Cumplimiento de los requisitos clave, incluida la consistencia de la producción en masa (estándar de control de calidad 6σ), las certificaciones de seguridad (por ejemplo, el cumplimiento de UL 9540A y otros estándares internacionales) y el diseño de capacidad de producción de una sola línea ≥2GWh, etc.

El profesor Guo tiene una visión distinta sobre la victoria de los polímeros de litio frente a los electrolitos de sulfuro de litio en la carrera por las baterías de estado sólido. Analicemos la investigación del equipo de Xin Guo. Muchas gracias a todos los investigadores por su gran labor.

Abstracto

Las baterías de estado sólido (BSS) prometen revolucionar el almacenamiento de energía al ofrecer mayor seguridad, mayor densidad energética y una vida útil más prolongada que las baterías de iones de litio convencionales. Entre los diversos electrolitos sólidos, los polímeros destacan por su singular combinación de procesabilidad, flexibilidad mecánica y versatilidad química. Esta revisión explora por qué los polímeros están preparados para liderar la carrera hacia las BSS comerciales. Se examinan sus ventajas intrínsecas —como un contacto interfacial superior con los electrodos, una conductividad iónica ajustable y compatibilidad con métodos de fabricación escalables—, así como los principales desafíos técnicos a los que se enfrentan, entre ellos la limitada estabilidad térmica, las estrechas ventanas electroquímicas y la degradación interfacial. Este estudio destaca las soluciones emergentes de investigaciones recientes, como el diseño molecular de polímeros, los compuestos polímero-cerámica y las estrategias de polimerización in situ. A diferencia de los sistemas de óxido y sulfuro, que presentan importantes barreras en cuanto a coste, fabricación e integración, los electrolitos basados en polímeros ofrecen una vía realista y económicamente viable para su despliegue a gran escala. Gracias a los continuos avances en el diseño de materiales y el procesamiento industrial, los polímeros no solo son competitivos, sino que están liderando la transición a las baterías de estado sólido de próxima generación.

Referencias

https://doi.org/10.1002/advs.202510481

Última hora: Los ánodos de silicio aleado con boro triplican la vida útil de las baterías de iones de litio.

2025-06-29 |

Abstracto

La estabilización de la interfase electrolítica sólida (ISE) sigue siendo un reto clave para los ánodos de baterías de iones de litio basadas en silicio. La aleación de silicio con elementos secundarios como el boro se ha convertido en una estrategia prometedora para mejorar la vida útil de los ánodos de silicio; sin embargo, el mecanismo subyacente sigue siendo incierto. Para abordar esta brecha de conocimiento, se investiga sistemáticamente cómo la concentración de boro influye en el rendimiento de la batería. Estos resultados muestran un aumento casi monótono de la vida útil con un mayor contenido de boro, y los electrodos ricos en boro superan significativamente al silicio puro. Además, los ánodos de aleación de silicio-boro presentan una vida útil casi tres veces mayor que la del silicio puro. Mediante un análisis mecanístico detallado, se descartan sistemáticamente factores contribuyentes alternativos y se propone que una mejor pasivación surge de un fuerte dipolo permanente en la superficie de la nanopartícula. Este dipolo, formado por boro subcoordinado y altamente ácido según Lewis, crea una capa estática y densa en iones que estabiliza la interfase electroquímica, reduciendo la descomposición parásita del electrolito y mejorando la estabilidad a largo plazo. Estos hallazgos sugieren que, dentro del marco SEI, la doble capa eléctrica es un factor importante en la pasivación superficial. Esta perspectiva proporciona un espacio de parámetros poco explorado para optimizar los ánodos de silicio en las baterías de iones de litio de próxima generación.

Referencia

https://doi.org/10.1002/aenm.202501074

¿Qué diferencia marca LiTFSI en las baterías de sodio-metal?

2025-06-29 |

Nota del editor: Las baterías de sodio-metal son importantes para el almacenamiento de energía a gran escala y los dispositivos electrónicos móviles, ya que ofrecen alta densidad energética y bajo costo. Sin embargo, el rendimiento del electrolito y la SEI limitan la vida útil y la tasa de carga/descarga de las baterías de sodio-metal. ¿Cómo influye el LiTFSI en las baterías de sodio-metal? A continuación, un ejemplo. Gracias a una investigación especial del equipo de Shuang Wan.

Abstracto

La construcción de una interfase electrolítica sólida (IES) robusta y rica en inorgánicos es uno de los enfoques cruciales para mejorar el rendimiento electroquímico de las baterías de sodio metálico (SMB). Sin embargo, la baja conductividad y distribución de los inorgánicos comunes en la IES perturban la difusión de Na+ e inducen una deposición de sodio no uniforme. En este trabajo, construimos una IES única con inorgánicos de alta conductividad uniformemente dispersos mediante la introducción de un LiTFSI de autosacrificio en el electrolito de carbonato a base de sal de sodio. El efecto de competencia reductora entre el LiTFSI y el FEC facilita la formación de la IES con inorgánicos uniformemente dispersos. En este caso, el Li₃N de alta conductividad y los inorgánicos proporcionan dominios de transporte rápido de iones y sitios de nucleación de alto flujo para Na+, lo que favorece una rápida deposición de sodio a alta velocidad. Por lo tanto, el SEI derivado de LiTFSI y FEC permite que la celda de Na∥Na₃V₂(PO₃)₃ presente una retención de capacidad del 89,15 % (87,62 mA hg⁻¹) a una tasa ultraalta de 60 °C después de 10 000 ciclos, mientras que la celda sin LiTFSI ofrece una retención de capacidad de tan solo el 48,44 % incluso después de 8000 ciclos. Además, la celda de bolsa de Na∥Na₃V₂(PO₃)₃ con el SEI especial presenta una retención de capacidad estable del 92,05 % a 10 °C después de 2000 ciclos. Este diseño único de SEI presenta una nueva estrategia para impulsar las celdas de tamaño pequeño (SMB) a operar en condiciones de tasa extremadamente alta.

Derechos de autor © 2023 Sociedad Química Estadounidense

Referencia

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c08224

LiTFSI ofrece una gran ayuda para el alto rendimiento de las baterías de litio de estado sólido basadas en sulfuro

2025-06-27 |

Nota del editor: ¿Cómo contribuye LiTFSI, CAS: 90076-65-6, al desarrollo de baterías de litio de estado sólido basadas en sulfuro? A continuación, un ejemplo. Gracias a la extraordinaria investigación del equipo de Fangyang Liu.

Abstracto

La estrecha ventana electroquímica de los electrolitos de sulfuro puede conducir a diferentes mecanismos de falla en las interfaces de los lados del cátodo y el ánodo. La introducción de distintas estrategias de modificación para los lados del cátodo y el ánodo aumenta la complejidad del proceso de fabricación de baterías de litio de estado sólido (ASSLB) basadas en sulfuro. En este trabajo, se empleó una estrategia de modificación integrada mediante la introducción de capas de bis(trifluorometanosulfonil)imida de litio (LiTFSI) durante el proceso de refinamiento húmedo de Li6PS5Cl (LPSC), que construyó con éxito in situ interfaces fluoradas robustas tanto en el cátodo como en el ánodo simultáneamente. En el lado del ánodo de litio, la disminución de la conductividad electrónica de LiTFSI@LPSC y la generación de la interfaz fluorada suprimieron eficazmente el crecimiento de dendritas de litio, lo cual fue confirmado por los cálculos de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT). Como resultado, la celda Li|LiTFSI@LPSC|Li alcanzó una densidad de corriente crítica de hasta 1,6 mA cm−2 y un rendimiento de ciclo estable durante 1500 h a 0,2 mA cm−2. En el lado del cátodo, la celda LiTFSI@LPSC no solo mejoró el transporte de Li+ dentro del cátodo compuesto, sino que también la capa de LiTFSI se descompuso in situ en una interfase electrolítica catódica (CEI) basada en LiF. La retención de capacidad alcanzó el 98,6 % después de 500 ciclos a 2 °C con LiNi0,83Co0,11Mn0,06O2 (NCM83) a una alta tensión de corte de 4,6 V. La celda LiTFSI@LPSC funcionalizada facilita una modificación interfacial integral tanto para el ánodo como para el cátodo, simplificando significativamente la ingeniería de interfaz en ASSLB basados en sulfuro, a la vez que ofrece un rendimiento electroquímico excepcional.

Referencia

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2025.104131

¿Qué novedades hay en las aplicaciones LiTFSI?

2025-06-26 | Jerry Huang

El bis(trifluorometanosulfonil)imida de litio (LiTFSI), con la fórmula química molecular C₂F₆LiNO₄S₂, es una sustancia orgánica blanca, cristalina o pulverulenta, con alta estabilidad electroquímica y térmica. Como aditivo electrolítico, el LiTFSI se puede aplicar a diversos sistemas de baterías, como baterías de litio primarias, secundarias y de estado sólido.

La bis(trifluorometilsulfonil)imida de litio (LiTFSI), un componente clave del electrolito de las baterías de iones de litio, es conocida por su excelente estabilidad térmica y electroquímica. Gracias a su singular configuración molecular, esta sal de litio crea una sólida red aniónica dentro del electrolito, lo que no solo reduce significativamente la viscosidad de la solución, sino que también aumenta drásticamente la velocidad de transferencia de iones de litio. Esta propiedad se traduce directamente en una alta eficiencia en el proceso de carga y descarga de la batería, lo que convierte a LiTFSI en la solución ideal para mejorar el rendimiento general de las baterías de iones de litio. Especialmente en la investigación y el desarrollo de baterías de litio de estado sólido, LiTFSI muestra un gran potencial. Además, ha mostrado un rendimiento muy positivo en la investigación de baterías de metal de sodio (SMB) y se espera que impulse la innovación en la tecnología de baterías. Sin embargo, la estabilidad del rendimiento de LiTFSI en entornos complejos y sistemáticos es una de las cuestiones urgentes que deben resolverse en la investigación actual.

La bis(trifluorometilsulfonil)imida de litio (LiTFSI) se ha comenzado a aplicar a gran escala en nuevos tipos de baterías, como las de iones de litio de estado sólido, incluyendo las de polímero, sulfuro y óxido. Se ha demostrado que la LiTFSI mejora el rendimiento de las baterías, incluyendo su función en la protección del ánodo, facilitando la carga rápida y ofreciendo un alto rendimiento en un amplio rango de temperaturas. La bis(trifluorometanosulfonil)imida de litio es uno de los aditivos electrolíticos más importantes para las baterías de litio, ya que puede mejorar la estabilidad electroquímica, el rendimiento cíclico y la conductividad del electrolito, y presenta un menor efecto corrosivo sobre el papel de aluminio a voltajes más altos, lo que puede adaptarse para aumentar la densidad energética de las baterías en la industria de los vehículos eléctricos.

Se espera que se construya un sistema de suministro de energía con bajas emisiones de carbono

2024-07-21 | Jerry Huang

El 15 de julio de 2024, la Comisión Nacional de Reforma y Desarrollo (NDRC) de China y la Administración Nacional de Energía (ANE) emitieron el “Programa de transformación y construcción de centrales eléctricas de carbón con bajas emisiones de carbono (2024-2027)”, que menciona que: Para 2025 , se iniciarán los proyectos de transformación con bajas emisiones de carbono de las primeras centrales eléctricas de carbón y se pondrá en aplicación un conjunto de tecnologías energéticas con bajas emisiones de carbono; Las emisiones de carbono de los proyectos relevantes se reducirán en aproximadamente un 20% por kilovatio-hora en comparación con las de 2023, incluso obviamente por debajo de las emisiones de carbono de las centrales eléctricas de carbón avanzadas existentes, explorando así una experiencia valiosa para las industrias limpias y bajas. -transformación de carbono de centrales eléctricas de carbón. Al adaptar la transformación con bajas emisiones de carbono de las unidades de energía de carbón existentes y la construcción de nuevas unidades de energía de carbón con bajas emisiones de carbono de manera coordinada, pretendemos acelerar la construcción de un nuevo sistema energético que sea limpio, con bajas emisiones de carbono, seguro y altamente eficiente.

Según las previsiones pertinentes, en 2030 las emisiones de CO2 de las centrales eléctricas de carbón ascenderán a unos 4.000 millones de toneladas. Por lo tanto, las tecnologías bajas en carbono de la industria energética del carbón son el apoyo clave para lograr el objetivo de China de '2030 - 2060 Carbon Peak & Carbon Neutral'. Entonces, ¿cómo podría la industria energética del carbón lograr la descarbonización?

01 Métodos de construcción y transformación de la descarbonización de la energía del carbón

Según el Programa de transformación y construcción de centrales eléctricas de carbón con bajas emisiones de carbono (2024-2027), existen tres formas específicas de transformar la energía del carbón en una de baja carbonización:

1, mezcla de biomasa. Utilizando recursos de biomasa como residuos agrícolas y forestales, plantas de residuos y cultivos de energía renovable, y teniendo en cuenta el suministro sostenible de recursos de biomasa, la seguridad, la flexibilidad, la eficiencia operativa y la viabilidad económica, las unidades de generación de energía alimentadas por carbón deben combinarse con biomasa. generación de energía. Después de la transformación y construcción, las centrales eléctricas de carbón deberían tener la capacidad de mezclar más del 10% de combustibles de biomasa, reduciendo así significativamente el consumo de carbón y las emisiones de carbono.

2, mezcla de amoníaco verde. Utilizando amoníaco verde mezclado con unidades de energía de carbón para generar electricidad y reemplazar parte del carbón. Las unidades de energía de carbón deberían tener la capacidad de quemar más del 10% de amoníaco verde después de la transformación y construcción, con el objetivo de reducir claramente el consumo de carbón y los niveles de emisiones de carbono.

3, Captura, utilización y almacenamiento de carbono. Adoptar métodos químicos, adsorción, membranas y otras tecnologías para separar y capturar el dióxido de carbono en los gases de combustión de las calderas de carbón. Capture, purifique y comprima dióxido de carbono mediante ajuste de presión y temperatura. Promover la aplicación de tecnologías geológicas como la conducción eficiente de petróleo por dióxido de carbono. Utilice tecnologías químicas como dióxido de carbono más hidrógeno para obtener metanol. Implementar almacenamiento geológico de dióxido de carbono de acuerdo a las condiciones locales.

02 Vías de transición hacia la energía basada en carbón con bajas emisiones de carbono

La expansión de las energías limpias, incluidas la energía hidroeléctrica, la energía eólica y la energía solar, es la clave para hacer realidad los planes de suministro de energía con bajas emisiones de carbono. Después de satisfacer la creciente demanda de energía, se necesita un mayor reemplazo de la energía de carbón existente para la transición a una energía baja en carbono. Después de 2030, la energía no fósil reemplazará a la energía de carbón existente y se convertirá en la mayor parte del suministro de energía; y después de 2050, la proporción de generación de energía a partir de carbón será inferior al 5% del suministro total de energía de China.

Según un estudio de la Universidad Renmin de China sobre las perspectivas de desarrollo de la transición de la energía a carbón con bajas emisiones de carbono en China, se puede dividir en los tres pasos siguientes:

1. De ahora en adelante hasta 2030, como período de preparación para la transición baja en carbono, la capacidad de energía del carbón seguirá creciendo moderadamente antes de 2030; al mismo tiempo, la nueva energía se convertirá en la mayor parte del aumento del suministro de energía y la proporción de energía eólica y solar. La capacidad instalada será superior al 40% en 2030.

2, Año 2030-2045 como período de transición rápida, después de 2030, la participación de la energía eólica y solar superará rápidamente la de la energía del carbón, convirtiéndose en la principal fuente de energía del sistema eléctrico. Las centrales eléctricas de carbón deben combinarse con tecnología de biomasa, CCUS y otras tecnologías limpias con bajas emisiones de carbono, para reducir así las emisiones de carbono.

3, Año 2045-2060 como período de fortalecimiento y mejora del suministro de energía, para 2050 la demanda de electricidad se saturará, la energía del carbón se transformará completamente en un suministro de energía de ajuste, sirviendo a la digestión y absorción de la principal energía de la energía eólica-solar. y proporcionar energía de emergencia y de repuesto.

A continuación se muestra un ejemplo de una base de poder en el desierto de Kubuqi. La capacidad total planificada de la base energética de Kubuqi es de 16 millones de kilovatios, incluida la energía fotovoltaica de 8 millones de kilovatios, la energía eólica de 4 millones de kilovatios y la capacidad avanzada de energía de carbón de alta eficiencia de 4 millones de kilovatios. Los proyectos de energía solar que se han construido son espectaculares, con 2 millones de kW de capacidad fotovoltaica instalada ya en funcionamiento. Si todos los proyectos se completan por completo, se estima que se podrán suministrar alrededor de 40 mil millones de kWh de electricidad a millones de familias al año, y la energía limpia representará más del 50% del total, lo que equivale a ahorrar alrededor de 6 millones de toneladas de energía. carbón estándar y reducir las emisiones de dióxido de carbono en aproximadamente 16 millones de toneladas al año. Está previsto que estén en camino más bases de energía limpia. Se construyen por primera vez paneles solares Paneles solares un año después Base de energía solar cinco años después

En cuanto a los vehículos eléctricos y su infraestructura de carga, según las estadísticas, a finales de mayo de 2024, el número total de infraestructuras de carga de vehículos eléctricos había acumulado 9,92 millones de unidades en toda China, un aumento interanual del 56 %. Entre ellos, las instalaciones de carga públicas y el sector privado aumentaron a 3,05 millones de unidades y 6,87 millones respectivamente, con tasas de crecimiento del 46% y 61% interanual respectivamente. Esto significa que China ha construido la red de infraestructura de carga más grande del mundo, cubriendo el área de servicio y la gama de tipos de carga más amplia.

Lanzamiento de un método ecológico, altamente eficiente y económico para reciclar LCO y LIB ternarios

2023-09-16 | Jerry Huang

Nota del editor: Las baterías de iones de litio ahora se utilizan ampliamente en una variedad de dispositivos electrónicos, vehículos eléctricos y almacenamiento de energía a escala de red. La demanda mundial de baterías de iones de litio sigue creciendo significativamente. Se estima que para 2030, el volumen global de baterías de iones de litio gastadas superará los 11 millones de toneladas, lo que se convertirá en una enorme fuente de contaminación que podría amenazar gravemente el medio ambiente y la salud pública. Al mismo tiempo, la creciente demanda de baterías de iones de litio se traduce en una creciente demanda de litio y cobalto. Por otro lado, el contenido de litio y cobalto en los cátodos LIB llega al 15% y 7% en peso, respectivamente, mucho más alto que el de los minerales y las salmueras. Por lo tanto, la recuperación de elementos metálicos en cátodos LIB gastados es de gran importancia ambiental, social y económica. Actualmente, la recuperación de baterías de iones de litio se divide principalmente en tres pasos: pretratamiento, extracción de metales y separación de metales. En la investigación y desarrollo de la etapa de extracción de metales del proceso de reciclaje, el proceso hidrometalúrgico es una de las opciones más viables debido a su alta tasa de lixiviación de metales y la pureza satisfactoria de los productos recuperados. Sin embargo, el proceso no es tan respetuoso con el medio ambiente ni muy económico, porque el uso de ácidos inorgánicos genera subproductos peligrosos; mientras que los ácidos orgánicos requieren agentes reductores adicionales o tiempos de reacción más largos y temperaturas más altas para la recuperación del metal.

Los investigadores del equipo de Zhong Lin Wang nos presentan un posible método ecológico, altamente eficiente y económico para reciclar LIB, incluidas las baterías de óxido de cobalto y litio (LCO) y las baterías de litio ternarias.

Abstracto

Con la tendencia mundial hacia la neutralidad de carbono, la demanda de baterías de iones de litio (LIB) aumenta continuamente. Sin embargo, los métodos actuales de reciclaje de LIB gastados necesitan mejoras urgentes en términos de respeto al medio ambiente, costo y eficiencia. Aquí proponemos un método mecanocatalítico, denominado electrocatálisis de contacto, que utiliza radicales generados por electrificación de contacto para promover la lixiviación del metal bajo la onda ultrasónica. También utilizamos SiO2 como catalizador reciclable en el proceso. Para las baterías de óxido de litio y cobalto (III), la eficiencia de lixiviación alcanzó el 100% para el litio y el 92,19% para el cobalto a 90 °C en 6 horas. Para las baterías ternarias de litio, las eficiencias de lixiviación de litio, níquel, manganeso y cobalto alcanzaron el 94,56%, 96,62%, 96,54% y 98,39% a 70 °C, respectivamente, en 6 horas. Anticipamos que este método puede proporcionar un enfoque ecológico, de alta eficiencia y económico para el reciclaje de LIB, satisfaciendo la demanda cada vez mayor de producciones de LIB.

Referencia

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