Un matériau halogénure peu coûteux à haute densité énergétique et à longue durée de vie a été révélé

2025-09-09 | Jerry Huang

Note de l'éditeur : Dans le domaine du stockage d'énergie, les batteries tout-solide sont considérées comme la meilleure solution pour la technologie de stockage d'énergie de nouvelle génération. Pourtant, leur développement a longtemps été freiné par des goulots d'étranglement critiques liés aux matériaux d'électrode. Les batteries tout-solide traditionnelles (ASSB) comportent généralement des électrodes composées de matériaux actifs, d'électrolytes solides et d'additifs conducteurs. Cependant, ces composants inactifs (occupant 40 à 50 % du volume des électrodes) réduisent non seulement la densité énergétique, mais induisent également des réactions secondaires interfaciales et augmentent la tortuosité du transport des ions lithium. Bien que les conceptions « tout-en-un » (matériaux présentant une conductivité et une activité électrochimique élevées) puissent résoudre ces problèmes, les matériaux existants comme les oxydes (faible capacité) et les sulfures (coût élevé) peinent à répondre aux exigences des marchés futurs. Les halogénures offrent des avantages en termes de faible coût et de conductivité ionique élevée, mais souffrent d'une conductivité électronique et d'une densité énergétique insuffisantes. Par conséquent, le développement de matériaux tout-en-un alliant performances électrochimiques élevées, évolutivité économique et stabilité mécanique est devenu un défi crucial.

Voici un excellent exemple. Une équipe de l'Université Western Ontario, au Canada, apporte une réponse révolutionnaire dans son étude Nature : elle a conçu le premier matériau halogénure au monde, Li₁.₃Fe₁.₂Cl₄, doté d'une capacité d'auto-réparation dynamique et d'une intégration trois-en-un (cathode/électrolyte/conducteur). Grâce à des réactions redox réversibles Fe²⁺/Fe³⁺ et à un mécanisme unique de transition fragile-ductile, ce matériau conserve 90 % de sa capacité après 3 000 cycles, atteignant une densité énergétique d'électrode de 529,3 Wh·kg⁻¹ (extensible à 725,6 Wh·kg⁻¹ avec des conceptions composites). Plus remarquable encore, son coût ne représente que 26 % de celui des électrodes conventionnelles. Le rayonnement synchrotron, associé à des simulations atomiques, a révélé pour la première fois un mécanisme d'auto-réparation induit par la migration du fer ! Ces travaux permettent non seulement de mettre au point un matériau de base pour les batteries tout solide, mais aussi de fournir un modèle de conception tout-en-un intégrant matériaux, mécanique et électrochimie. Grâce aux efforts considérables de tous les chercheurs.

Abstrait

Les batteries tout solide nécessitent des conceptions de cathode avancées pour exploiter pleinement leur potentiel de densité énergétique élevée et de viabilité économique. Les cathodes intégrées tout-en-un, qui éliminent les additifs conducteurs inactifs et les interfaces hétérogènes, promettent des gains d'énergie et de stabilité substantiels, mais sont freinées par des matériaux manquant de conductivité Li+/e−, de robustesse mécanique et de stabilité structurelle suffisantes. Nous présentons ici Li1.3Fe1.2Cl4, un matériau halogénure économique qui surmonte ces défis. Exploitant la redox réversible Fe2+/Fe3+ et le transport rapide Li+/e− dans sa structure, Li1.3Fe1.2Cl4 atteint une densité d'énergie d'électrode de 529,3 Wh·kg−1 par rapport à Li+/Li. Fait important, Li1.3Fe1.2Cl4 présente des propriétés dynamiques uniques pendant le cyclage, notamment une migration locale réversible du Fe et une transition fragile-ductile qui lui confère un comportement auto-cicatrisant. Cela permet une stabilité de cyclage exceptionnelle, maintenant une rétention de capacité de 90 % pendant 3 000 cycles à une vitesse de 5 °C. L'intégration de Li1.3Fe1.2Cl4 avec un oxyde lamellaire riche en nickel augmente encore la densité énergétique à 725,6 Wh kg−1. En exploitant les propriétés mécaniques dynamiques et de diffusion avantageuses des halogénures tout-en-un, ce travail établit les halogénures tout-en-un comme une voie pour des cathodes durables et denses en énergie dans les batteries tout-solide de nouvelle génération.

Références

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

Le lithium polymère va-t-il gagner la course aux batteries à semi-conducteurs ?

2025-09-08 | Jerry Huang

Note de l'éditeur : Il existe quatre types d'électrolytes pour les batteries au lithium à l'état solide : polymère, oxyde, sulfure et halogénure, chacun ayant des caractéristiques distinctes :

Électrolytes au lithium polymère

Utilisant des matériaux polymères comme électrolytes, ces batteries offrent à la fois flexibilité et conductivité ionique élevée, ce qui en fait une solution de transition idéale pour les batteries semi-solides. Elles présentent une bonne aptitude au traitement, bien que leur stabilité en cyclage à long terme reste à valider.

Électrolytes à l'oxyde de lithium

Basés sur des matériaux comme l’oxyde de lithium, ces électrolytes offrent un coût inférieur et une bonne stabilité, mais présentent une conductivité ionique relativement faible.

Électrolytes au sulfure de lithium

Centrés sur des composés de sulfure de lithium, ces électrolytes présentent une conductivité élevée à température ambiante et une excellente compatibilité d'interface, ce qui en fait la technologie la plus prometteuse sur le plan commercial. Cependant, les matériaux sulfurés souffrent d'une faible stabilité chimique et de coûts de production élevés.

Électrolytes aux halogénures de lithium

Les électrolytes solides aux halogénures présentent une conductivité et une résistance à l'oxydation élevées, mais ils restent au niveau du laboratoire avec des perspectives de commercialisation peu claires.

Caractéristiques communes

Les batteries tout solide remplacent les électrolytes liquides traditionnels par des matériaux en poudre inorganique, améliorant ainsi considérablement la sécurité et la densité énergétique. Cependant, les différentes voies techniques présentent des différences substantielles en termes de coût et de maturité des procédés. Par exemple, si la voie sulfure offre une conductivité élevée, elle souffre d'une faible stabilité chimique, tandis que la voie polymère présente des difficultés en termes de durée de vie.

La technologie des batteries à semi-conducteurs traverse actuellement une transition cruciale, passant des prototypes de laboratoire à l'industrialisation, qui attend avec impatience une refonte systématique de son cadre d'évaluation. La phase de laboratoire se concentre principalement sur les indicateurs de performance électrochimique (tels que la densité énergétique, la durée de vie et la capacité nominale), tandis que la technologie des batteries à semi-conducteurs à l'échelle industrielle nécessite l'établissement de critères d'évaluation multidimensionnels :

1. Évaluations élargies : Les applications industrielles doivent impliquer des facteurs systémiques, notamment : la faisabilité de l'évolutivité (impliquant la compatibilité des processus, le contrôle du rendement, etc.), la maturité de la chaîne d'approvisionnement (englobant la stabilité des matières premières critiques, les capacités de support des équipements spécialisés, etc.) et le coût total du cycle de vie (couvrant l'approvisionnement en matières premières, la fabrication, le recyclage, etc.) ;

2. Optimisation des coûts technologiques : L'industrialisation exige un équilibre optimal entre les données techniques et les coûts, y compris un équilibre dynamique entre les performances électrochimiques et les coûts de fabrication ; l'impact de la sélection du système de matériaux et la résilience de sa chaîne d'approvisionnement ; et un équilibre entre la complexité et l'évolutivité du processus de production ;

3. Évaluation systématique : Conformité aux exigences clés, notamment la cohérence de la production de masse (norme de contrôle qualité 6σ), les certifications de sécurité (par exemple, la conformité à la norme UL 9540A et à d'autres normes internationales) et la conception d'une capacité de production à ligne unique ≥ 2 GWh, etc.

Le professeur Guo a un point de vue différent sur la victoire du lithium polymère dans la course aux batteries solides face aux électrolytes au sulfure de lithium. Examinons les recherches de l'équipe de Xin Guo. Un grand merci à tous les chercheurs pour leurs efforts remarquables.

Abstrait

Les batteries à semi-conducteurs (SSB) promettent de révolutionner le stockage d'énergie en offrant une sécurité accrue, une densité énergétique plus élevée et une durée de vie améliorée par rapport aux batteries lithium-ion classiques. Parmi les différents électrolytes solides, les polymères se distinguent par leur combinaison unique de maniabilité, de souplesse mécanique et de polyvalence chimique. Cette revue explore les raisons pour lesquelles les polymères sont en passe de mener la course aux SSB commerciaux. Leurs avantages intrinsèques, tels qu'un contact interfacial supérieur avec les électrodes, une conductivité ionique ajustable et une compatibilité avec des méthodes de fabrication évolutives, ainsi que les principaux défis techniques auxquels ils sont confrontés, notamment une stabilité thermique limitée, des fenêtres électrochimiques étroites et une dégradation interfaciale, sont examinés. Cette étude met en lumière les solutions émergentes issues de recherches récentes, notamment la conception moléculaire des polymères, les composites polymère-céramique et les stratégies de polymérisation in situ. Contrairement aux systèmes à base d'oxydes et de sulfures, qui se heurtent à des obstacles importants en termes de coût, de fabricabilité et d'intégration, les électrolytes à base de polymères offrent une voie réaliste et économiquement viable vers un déploiement à grande échelle. Grâce aux progrès constants dans la conception des matériaux et le traitement industriel, les polymères ne sont pas seulement compétitifs : ils sont également à la pointe de la transition vers les batteries à semi-conducteurs de nouvelle génération.

Références

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

Dernières nouvelles : les anodes en silicium allié au bore triplent la durée de vie des batteries lithium-ion

2025-06-29 |

Abstrait

La stabilisation de l'interphase électrolyte solide (SEI) reste un défi majeur pour les anodes de batteries lithium-ion à base de silicium. L'alliage du silicium avec des éléments secondaires comme le bore s'est révélé une stratégie prometteuse pour améliorer la durée de vie des anodes en silicium, mais le mécanisme sous-jacent reste flou. Pour combler ce manque de connaissances, l'influence de la concentration en bore sur les performances des batteries est systématiquement étudiée. Ces résultats montrent une augmentation quasi monotone de la durée de vie avec une teneur en bore plus élevée, les électrodes riches en bore surpassant nettement le silicium pur. De plus, les anodes en alliage silicium-bore présentent une durée de vie calendaire près de trois fois supérieure à celle du silicium pur. Une analyse mécanistique détaillée permet d'exclure systématiquement d'autres facteurs contributifs, et il est suggéré que l'amélioration de la passivation résulte d'un fort dipôle permanent à la surface des nanoparticules. Ce dipôle, formé de bore sous-coordonné et fortement acide de Lewis, crée une couche statique et dense en ions qui stabilise l'interface électrochimique, réduisant ainsi la décomposition parasite de l'électrolyte et améliorant la stabilité à long terme. Ces résultats suggèrent que, dans le cadre de l'ingénierie semi-conductrice (SEI), la double couche électrique est un facteur important de passivation de surface. Cette découverte ouvre un espace paramétrique encore peu exploré pour l'optimisation des anodes en silicium des batteries lithium-ion de nouvelle génération.

Référence

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

Quelle est la différence entre le LiTFSI et les batteries sodium-métal ?

2025-06-29 |

Note de l'éditeur : Les batteries sodium-métal sont importantes pour le stockage d'énergie à grande échelle et les appareils électroniques mobiles, car elles offrent une densité énergétique élevée et un faible coût. Cependant, les performances de l'électrolyte et du SEI limitent la durée de vie et le taux de charge/décharge des batteries sodium-métal. Comment le LiTFSI améliore-t-il les batteries sodium-métal ? Voici un exemple. Grâce à une recherche spécifique de l'équipe Shuang Wan.

Abstrait

La construction d'une interphase électrolytique solide (SEI) riche en inorganiques et robuste est l'une des approches cruciales pour améliorer les performances électrochimiques des batteries sodium métal (SMB). Cependant, la faible conductivité et la faible distribution des composés inorganiques courants dans la SEI perturbent la diffusion du Na+ et induisent un dépôt de sodium non uniforme. Nous construisons ici une SEI unique avec des composés inorganiques à haute conductivité uniformément dispersés en introduisant un LiTFSI auto-sacrifié dans l'électrolyte carbonate à base de sel de sodium. L'effet de compétition réductrice entre le LiTFSI et le FEC facilite la formation de la SEI avec des composés inorganiques uniformément dispersés. Dans cette SEI, le Li3N hautement conducteur et les composés inorganiques fournissent des domaines de transport d'ions rapides et des sites de nucléation à flux élevé pour le Na+, favorisant ainsi un dépôt de sodium rapide et à grande vitesse. Français Par conséquent, le SEI dérivé de LiTFSI et FEC permet à la cellule Na∥Na3V2(PO4)3 d'afficher une rétention de capacité de 89,15 % (87,62 mA hg–1) à un taux ultra-élevé de 60 °C après 10 000 cycles, tandis que la cellule sans LiTFSI n'offre qu'une rétention de capacité de 48,44 % même après 8 000 cycles. De plus, la cellule en sachet Na∥Na3V2(PO4)3 avec le SEI spécial présente une rétention de capacité stable de 92,05 % à 10 °C après 2 000 cycles. Cette conception SEI unique élucide une nouvelle stratégie pour propulser les SMB à fonctionner dans des conditions de taux extrêmement élevés.

Copyright © 2023 American Chemical Society

Référence

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

Le LiTFSI offre une aide précieuse pour les batteries au lithium entièrement solides à base de sulfure, garantissant ainsi des performances élevées.

2025-06-27 |

Note de l'éditeur : Comment le LiTFSI, CAS : 90076-65-6, contribue-t-il au développement de batteries lithium-ion tout solide à base de sulfure ? Voici un exemple. Merci aux recherches exceptionnelles de l'équipe de Fangyang Liu.

Abstrait

La fenêtre électrochimique étroite des électrolytes sulfurés peut entraîner différents mécanismes de défaillance aux interfaces cathode-anode. L'introduction de stratégies de modification distinctes pour les deux côtés accroît la complexité du procédé de fabrication des batteries au lithium tout solide à base de sulfure (ASSLB). Dans ce travail, une stratégie de modification intégrée a été employée en introduisant des coquilles de bis(trifluorométhanesulfonyl)imide de lithium (LiTFSI) lors du raffinage humide de Li6PS5Cl (LPSC), ce qui a permis de construire in situ des interfaces fluorées robustes simultanément côté cathode et côté anode. Côté anode de lithium, la diminution de la conductivité électronique de LiTFSI@LPSC et la génération d'interface fluorée ont efficacement inhibé la croissance des dendrites de lithium, ce qui a été confirmé par les calculs de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Français En conséquence, la cellule Li|LiTFSI@LPSC|Li a atteint la densité de courant critique jusqu'à 1,6 mA cm−2 et des performances de cyclage stables sur 1500 h à 0,2 mA cm−2. Côté cathode, le LiTFSI@LPSC a non seulement amélioré le transport de Li+ au sein de la cathode composite, mais aussi la coque LiTFSI décomposée in situ en interphase électrolyte cathodique à base de LiF (CEI). La rétention de capacité a atteint 98,6 % après 500 cycles à 2 °C avec LiNi0,83Co0,11Mn0,06O2 (NCM83) à une tension de coupure élevée de 4,6 V. Le LiTFSI@LPSC fonctionnalisé facilite une modification interfaciale complète et tout-en-un pour les côtés anode et cathode, simplifiant considérablement l'ingénierie d'interface dans les ASSLB à base de sulfure tout en offrant des performances électrochimiques exceptionnelles.

Référence

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

Quoi de neuf dans les applications LiTFSI ?

2025-06-26 | Jerry Huang

Le bis(trifluorométhanesulfonyl)imide de lithium (LiTFSI), de formule moléculaire C₂F₆LiNO₂S₂, est une substance organique blanche, cristalline ou pulvérulente, présentant une stabilité électrochimique et thermique élevée. En tant qu'additif électrolytique, le LiTFSI peut être utilisé dans divers systèmes de batteries, tels que les batteries au lithium primaires, les batteries au lithium secondaires et les batteries au lithium à semi-conducteurs.

Le bis(trifluorométhylsulfonyl)imide de lithium (LiTFSI), composant clé de l'électrolyte des batteries lithium-ion, est reconnu pour son excellente stabilité thermique et électrochimique. Grâce à sa configuration moléculaire unique, ce sel de lithium forme un réseau anionique solide au sein de l'électrolyte, ce qui non seulement réduit significativement la viscosité de la solution, mais augmente également considérablement la vitesse de transfert des ions lithium. Cette propriété se traduit directement par une grande efficacité lors des processus de charge et de décharge des batteries, faisant du LiTFSI un matériau idéal pour améliorer les performances globales des batteries lithium-ion. Le LiTFSI présente un fort potentiel, notamment dans la recherche et le développement de batteries lithium-solide. De plus, il affiche des performances très positives dans la recherche sur les batteries sodium métal (SMB) et devrait stimuler l'innovation technologique des batteries. Cependant, la stabilité des performances du LiTFSI dans des environnements complexes et systématiques constitue un enjeu urgent pour la recherche actuelle.

Le bis(trifluorométhylsulfonyl)imide de lithium (LiTFSI) a commencé à être utilisé massivement dans de nouveaux types de batteries, telles que les batteries lithium-ion solides, notamment les batteries solides polymères, les batteries solides sulfurées et les batteries solides à oxyde. Le LiTFSI s'est avéré utile pour améliorer les performances des batteries, notamment par son rôle dans la protection des anodes, facilitant la charge rapide et offrant un excellent rendement sur une large plage de températures. Le bis(trifluorométhanesulfonyl)imide de lithium est l'un des additifs électrolytiques importants pour les batteries au lithium. Il peut améliorer la stabilité électrochimique, les performances de cyclage et la conductivité de l'électrolyte, et a un effet moins corrosif sur les feuilles d'aluminium à des tensions plus élevées, ce qui peut être adapté pour augmenter la densité énergétique des batteries dans l'industrie des véhicules électriques.

Un système d'alimentation électrique à faible teneur en carbone devrait être construit

2024-07-21 | Jerry Huang

Le 15 juillet 2024, la Commission nationale chinoise pour le développement et la réforme (NDRC) et l'Administration nationale de l'énergie (NEA) ont publié le « Programme de transformation à faible émission de carbone et de construction de centrales électriques au charbon (2024-2027) », qui mentionne que : D'ici 2025 , les projets de transformation à faible émission de carbone des premières centrales électriques au charbon seront tous lancés et un ensemble de technologies énergétiques à faible émission de carbone seront mises en application ; les émissions de carbone des projets concernés seront réduites d'environ 20 % par kilowattheure par rapport à celles de 2023, ce qui est évidemment même inférieur aux émissions de carbone des centrales électriques au charbon avancées existantes, explorant ainsi une expérience précieuse pour le propre et faible -la transformation carbone des centrales à charbon. En adaptant de manière coordonnée la transformation à faible émission de carbone des centrales électriques au charbon existantes et la construction de nouvelles centrales électriques au charbon à faible émission de carbone, nous visons à accélérer la construction d'un nouveau système énergétique propre, à faible émission de carbone, sûr et hautement polluant. efficace.

Selon les prévisions pertinentes, d'ici 2030, les émissions de CO2 des centrales électriques au charbon atteindront environ 4 milliards de tonnes. Par conséquent, les technologies à faibles émissions de carbone de l'industrie de l'énergie au charbon constituent le soutien clé pour atteindre l'objectif chinois de « Pic carbone et neutralité carbone 2030-2060 ». Alors, comment l’industrie du charbon pourrait-elle parvenir à la décarbonisation ?

01 Transformation et méthodes de construction de la décarbonation de l’énergie charbonnière

Selon le Programme de transformation à faible émission de carbone et de construction de centrales électriques au charbon (2024-2027), il existe trois manières spécifiques de transformer l'énergie au charbon en une énergie à faible carbonisation :

1, mélange de biomasse. En utilisant les ressources de biomasse telles que les déchets agricoles et forestiers, les usines de traitement des déchets et les cultures énergétiques renouvelables, et en prenant en compte l'approvisionnement durable en ressources de biomasse, la sécurité, la flexibilité, l'efficacité opérationnelle et la faisabilité économique, les unités de production d'électricité au charbon devraient être couplées à la biomasse. la production d'énergie. Après la transformation et la construction, les centrales électriques au charbon devraient avoir la capacité de mélanger plus de 10 % de combustibles issus de la biomasse, réduisant ainsi considérablement la consommation de charbon et les émissions de carbone.

2, mélange d'ammoniac vert. En utilisant de l'ammoniac vert mélangé à des centrales électriques au charbon pour produire de l'électricité et remplacer une partie du charbon. Les centrales électriques au charbon devraient avoir la capacité de brûler plus de 10 % d’ammoniac vert après transformation et construction, dans le but de réduire évidemment la consommation de charbon et les niveaux d’émissions de carbone.

3, Captage, utilisation et stockage du carbone. Adopter des méthodes chimiques, l'adsorption, la membrane et d'autres technologies pour séparer et capturer le dioxyde de carbone présent dans les gaz de combustion des chaudières au charbon. Captez, purifiez et comprimez le dioxyde de carbone grâce à l’ajustement de la pression et de la température. Promouvoir l’application de technologies géologiques telles que l’entraînement efficace du pétrole par le dioxyde de carbone. Utilisez des technologies chimiques telles que le dioxyde de carbone et l’hydrogène pour obtenir du méthanol. Mettre en œuvre le stockage géologique du dioxyde de carbone en fonction des conditions locales.

02 Voies de transition vers une énergie à base de charbon à faible émission de carbone

Le développement des énergies propres, notamment l’énergie hydroélectrique, l’énergie éolienne et l’énergie solaire, est la clé de la réalisation des projets d’approvisionnement énergétique à faible émission de carbone. Après avoir satisfait à la demande supplémentaire d’électricité, un remplacement supplémentaire de l’énergie au charbon existante est nécessaire pour la transition énergétique à faible émission de carbone. Après 2030, l’énergie non fossile remplacera l’énergie au charbon existante et deviendra la majeure partie de l’approvisionnement en électricité ; et après 2050, la part de la production d'électricité à partir du charbon représentera moins de 5 % de l'approvisionnement total en électricité de la Chine.

Selon une étude de l'Université Renmin de Chine sur les perspectives de développement de la transition vers une énergie à base de charbon en Chine, celle-ci peut être divisée en trois étapes :

1, À partir de maintenant jusqu'en 2030, période de préparation à la transition à faible émission de carbone, la capacité électrique au charbon continuera de croître modérément avant 2030, dans le même temps, la nouvelle énergie deviendra la majorité de l'approvisionnement en électricité, et la part de l'énergie éolienne et solaire la capacité installée sera supérieure à 40 % d’ici 2030.

2, année 2030-2045 comme période de transition rapide, après 2030, la part de l'énergie éolienne et solaire dépassera rapidement celle de l'énergie au charbon, devenant ainsi la principale source d'énergie du système électrique. Les centrales électriques au charbon doivent être couplées à la technologie de la biomasse, au CCUS et à d’autres technologies propres à faibles émissions de carbone, réduisant ainsi les émissions de carbone.

3, année 2045 - 2060 comme période de renforcement et d'amélioration de l'alimentation électrique, d'ici 2050 la demande d'électricité sera saturée, l'énergie du charbon sera complètement transformée en une alimentation électrique d'ajustement, servant à la digestion et à l'absorption de la principale puissance de l'énergie éolienne-solaire. , et fournir une alimentation de secours et de rechange.

Voici un exemple de base de pouvoir dans le désert de Kubuqi. La capacité totale prévue de la base électrique de Kubuqi est de 16 millions de kilowatts, dont 8 millions de kilowatts d'énergie photovoltaïque, 4 millions de kilowatts d'énergie éolienne et 4 millions de kilowatts de capacité avancée d'énergie au charbon à haut rendement. Les projets d'énergie solaire construits sont spectaculaires, avec 2 millions de kW de capacité photovoltaïque installée déjà en exploitation. Si tous les projets sont entièrement achevés, on estime qu'environ 40 milliards de kWh d'électricité pourraient être fournis à des millions de familles par an, l'énergie propre représentant plus de 50 % du total, ce qui équivaut à économiser environ 6 millions de tonnes d'électricité. charbon standard et réduire les émissions de dioxyde de carbone d'environ 16 millions de tonnes par an. Il est prévu que davantage de bases d’énergie propre soient mises en place. Panneaux solaires construits pour la première fois Des panneaux solaires un an plus tard Base d’énergie solaire cinq ans plus tard

En ce qui concerne les véhicules électriques et leurs infrastructures de recharge, selon les statistiques, fin mai 2024, le nombre total d'infrastructures de recharge pour véhicules électriques s'élevait à 9,92 millions d'unités dans toute la Chine, soit une augmentation de 56 % en glissement annuel. Parmi eux, les installations de recharge publiques et le secteur privé ont augmenté respectivement à 3,05 millions d'unités et 6,87 millions, avec des taux de croissance de 46 % et 61 % respectivement en glissement annuel. Cela signifie que la Chine a construit le plus grand réseau d’infrastructures de recharge au monde, couvrant la plus large zone de service et la plus large gamme de types de recharge.

Lancement d'une méthode verte très efficace et économique pour le recyclage des LCO et des LIB ternaires

2023-09-16 | Jerry Huang

Note de l'éditeur : les batteries lithium-ion sont désormais largement utilisées dans une variété d'appareils électroniques, les véhicules électriques et le stockage d'énergie à l'échelle du réseau. La demande mondiale de batteries lithium-ion continue de croître de manière significative. On estime que d’ici 2030, le volume mondial de batteries lithium-ion usagées dépassera 11 millions de tonnes, ce qui deviendra une énorme source de pollution susceptible de menacer sérieusement l’environnement et la santé publique. Dans le même temps, la demande croissante de batteries lithium-ion se traduit par une demande croissante de lithium et de cobalt. D'autre part, la teneur en lithium et en cobalt des cathodes LIB atteint respectivement 15 % et 7 % en poids, ce qui est bien supérieur à celui des minerais et des saumures. Par conséquent, la récupération des éléments métalliques dans les cathodes LIB usagées revêt une grande importance environnementale, sociale et économique. Actuellement, la valorisation des batteries lithium-ion se divise principalement en trois étapes : le prétraitement, l’extraction des métaux et la séparation des métaux. Dans la recherche et le développement de l’étape d’extraction des métaux du procédé de recyclage, le procédé hydrométallurgique est l’une des options les plus viables en raison de son taux de lixiviation élevé des métaux et de la pureté satisfaisante des produits récupérés. Cependant, le procédé n'est pas aussi respectueux de l'environnement ni très économique, car l'utilisation d'acides inorganiques entraîne des sous-produits dangereux ; tandis que les acides organiques nécessitent des agents réducteurs supplémentaires ou des temps de réaction plus longs et des températures plus élevées pour la récupération des métaux.

Les chercheurs de l’équipe de Zhong Lin Wang nous proposent une méthode possible, verte, hautement efficace et économique, pour recycler les LIB, notamment les batteries au lithium-oxyde de cobalt (LCO) et les batteries au lithium ternaire.

Abstrait

Avec la tendance mondiale vers la neutralité carbone, la demande de batteries lithium-ion (LIB) ne cesse d’augmenter. Cependant, les méthodes actuelles de recyclage des LIB usagés doivent être améliorées de toute urgence en termes de respect de l’environnement, de coût et d’efficacité. Nous proposons ici une méthode mécano-catalytique, appelée électro-catalyse de contact, utilisant des radicaux générés par électrification de contact pour favoriser la lixiviation des métaux sous l'onde ultrasonore. Nous utilisons également du SiO2 comme catalyseur recyclable dans le processus. Pour les batteries à l'oxyde de lithium-cobalt (III), l'efficacité de lixiviation a atteint 100 % pour le lithium et 92,19 % pour le cobalt à 90 °C en 6 heures. Pour les batteries ternaires au lithium, les efficacités de lixiviation du lithium, du nickel, du manganèse et du cobalt ont atteint respectivement 94,56 %, 96,62 %, 96,54 % et 98,39 % à 70 °C en 6 heures. Nous prévoyons que cette méthode peut fournir une approche verte, à haute efficacité et économique pour le recyclage des LIB, répondant à la demande exponentiellement croissante pour les productions LIB.

Référence

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

Une méthode efficace, verte et économique pour le recyclage des batteries LFP

2023-09-16 | Jerry Huang

Note de l'éditeur : les batteries lithium-ion sont désormais largement utilisées dans une variété d'appareils électroniques, les véhicules électriques et le stockage d'énergie à l'échelle du réseau. La demande mondiale de batteries lithium-ion continue de croître de manière significative. On estime que d’ici 2030, le volume mondial de batteries lithium-ion usagées dépassera 11 millions de tonnes, ce qui deviendra une énorme source de pollution susceptible de menacer sérieusement l’environnement et la santé publique. Dans le même temps, la demande croissante de batteries lithium-ion se traduit par une demande croissante de lithium et de cobalt. D’autre part, la teneur en lithium et en cobalt des cathodes LIB atteint respectivement 15 % et 7 % en poids, ce qui est bien supérieur à celui des minerais et des saumures. Par conséquent, la récupération des éléments métalliques dans les cathodes LIB usagées revêt une grande importance environnementale, sociale et économique. Actuellement, la valorisation des batteries lithium-ion se divise principalement en trois étapes : le prétraitement, l’extraction des métaux et la séparation des métaux. Dans la recherche et le développement de l’étape d’extraction des métaux du procédé de recyclage, le procédé hydrométallurgique est l’une des options les plus viables en raison de son taux de lixiviation élevé des métaux et de la pureté satisfaisante des produits récupérés. Cependant, le procédé n'est pas aussi respectueux de l'environnement ni très économique, car l'utilisation d'acides inorganiques entraîne des sous-produits dangereux ; tandis que les acides organiques nécessitent des agents réducteurs supplémentaires ou des temps de réaction plus longs et des températures plus élevées pour la récupération des métaux.

Les chercheurs de l'équipe de Zhong Lin Wang nous proposent une méthode possible, verte, hautement efficace et économique, pour recycler les LIB, en particulier les batteries LFP.

Abstrait

Le recyclage des batteries au lithium fer phosphate (LFP), qui représentent plus de 32 % de la part de marché mondiale des batteries lithium-ion (LIB), a attiré l'attention en raison de la valeur des ressources en éléments et des préoccupations environnementales. Cependant, les technologies de recyclage de pointe, qui reposent généralement sur des méthodes de lixiviation électrochimiques ou chimiques, présentent des problèmes critiques tels que des procédures fastidieuses, une énorme consommation de produits chimiques/électriques et une pollution secondaire. Nous rapportons ici un système auto-alimenté innovant composé d'un réacteur de recyclage électrochimique LIB et d'un nanogénérateur triboélectrique (TENG) pour le recyclage du LFP usé. Dans le réacteur de recyclage électrochimique LIB, la paire Cl−/ClO− générée électrochimiquement dans une solution de NaCl est adoptée comme médiateur rédox pour décomposer le LFP en FePO4 et Li+ via la réaction de ciblage rédox sans produits chimiques supplémentaires. De plus, un TENG qui utilise des composants mis au rebut des LIB, notamment des boîtiers, des films aluminium-plastique et des collecteurs de courant, est conçu pour minimiser considérablement les polluants secondaires. De plus, le TENG récupère l’énergie éolienne, fournissant une puissance de 0,21 W pour alimenter le système de recyclage électrochimique et charger les batteries. Par conséquent, le système proposé pour recycler les LFP usés présente une pureté élevée (Li2CO3, 99,70 % et FePO4, 99,75 %), des fonctionnalités auto-alimentées, une procédure de traitement simplifiée et un profit élevé, ce qui peut promouvoir la durabilité des technologies LIB.

Référence

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

Batteries Li-Ion à charge rapide 50C utilisant une anode en graphite

2022-11-01 |

Résumé

Les batteries Li-ion ont fait leur entrée sur le marché des véhicules électriques à haute densité d'énergie, mais elles souffrent encore d'une cinétique lente limitée par l'anode en graphite. Ici, des électrolytes permettant une charge extrêmement rapide (XFC) d'une anode en graphite micro-dimensionnée sans placage Li sont conçus. Une caractérisation et des simulations complètes sur la diffusion de Li + dans l'électrolyte en vrac, le processus de transfert de charge et l'interphase d'électrolyte solide (SEI) démontrent qu'une conductivité ionique élevée, une faible énergie de désolvatation de Li + et une protection SEI sont essentielles pour XFC. Sur la base de ce critère, deux électrolytes à charge rapide sont conçus : LiFSI basse tension 1,8 m dans du 1,3-dioxolane (pour LiFePO4||cellules en graphite) et LiPF6 haute tension 1,0 m dans un mélange de carbonate de 4-fluoroéthylène et d'acétonitrile (7:3 en volume) (pour les cellules LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||graphite). Le premier électrolyte permet à l'électrode en graphite d'atteindre 180 mAh g−1 à 50C (1C = 370 mAh g−1), soit 10 fois plus qu'un électrolyte classique. Ce dernier électrolyte permet aux cellules LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||graphite (2 mAh cm−2, rapport N/P = 1) de fournir une capacité réversible record de 170 mAh g−1 à 4C de charge et 0,3C de décharge . Ce travail dévoile les mécanismes clés de XFC et fournit des principes de conception d'électrolyte instructifs pour des LIB pratiques à charge rapide avec des anodes en graphite.

Références

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