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

La batterie lithium-ion haute tension à haute densité énergétique serait peu coûteuse et sans métal

2022-07-10 | Jerry Huang

Note de l'éditeur : les chercheurs rapportent une électrochimie révolutionnaire à haute tension et haute densité d'énergie de la batterie lithium-ion qui est économique et sans métal (respectueux de l'environnement). Cette batterie lithium-ion organique de classe 4 V présente une capacité théorique élevée et une haute tension, tandis que leurs matériaux cathodiques et électrolytes pratiques restent inexplorés.

Les petites molécules organiques redox-actives sont-elles applicables aux cathodes de batterie lithium-ion haute tension (> 4 V) ?

Par : Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Kazuyuki Iwase, Yoshiyuki Gambe, Itaru Honma | Première publication : 10 mars 2022 sur Advanced Science

4 batteries lithium-ion organiques de classe V

Alors que les batteries lithium-ion organiques ont suscité une grande attention en raison de leurs capacités théoriques élevées, les matériaux de cathode organique haute tension restent inexplorés. Dans l'article numéro 2200187, Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Itaru Honma et leurs collègues rapportent l'électrochimie de l'acide croconique à haute tension. Des études théoriques et expérimentales confirment que les deux énolates dans l'acide croconique présentent un redox d'environ 4 V, qui peut être utilisé pour le stockage d'énergie.

Résumé

Alors que les batteries organiques ont suscité une grande attention en raison de leurs capacités théoriques élevées, les matériaux actifs organiques haute tension (> 4 V vs Li/Li+) restent inexplorés. Ici, les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité sont combinés avec des mesures de voltamétrie cyclique pour étudier l'électrochimie de l'acide croconique (CA) à utiliser comme matériau de cathode de batterie lithium-ion dans les électrolytes de diméthylsulfoxyde et de γ-butyrolactone (GBL). Les calculs DFT démontrent que le sel de dilitium CA (CA – Li2) a deux groupes énolate qui subissent des réactions redox au-dessus de 4,0 V et une densité d'énergie théorique au niveau du matériau de 1949 Wh kg –1 pour stocker quatre ions lithium dans GBL, dépassant la valeur des deux les matériaux cathodiques inorganiques classiques et organiques connus. Les mesures de voltamétrie cyclique révèlent une réaction redox hautement réversible par le groupe énolate à ≈4 V dans les deux électrolytes. Les tests de performances de batterie de CA en tant que cathode de batterie lithium-ion dans GBL montrent deux plateaux de tension de décharge à 3,9 et 3,1 V, et une capacité de décharge de 102,2 mAh g–1 sans perte de capacité après cinq cycles. Avec des tensions de décharge plus élevées par rapport aux petites molécules organiques connues et à la pointe de la technologie, CA promet d'être un candidat de choix pour les matériaux de cathode pour les futures batteries organiques lithium-ion à haute densité d'énergie.

Références:

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

Une technologie révolutionnaire de LFP basse température révélée

2022-04-19 | Jerry Huang

Le 15 avril, une équipe de R&D de Changzhou Liyuan New Energy Co a annoncé à Nanjing que la société avait fait une percée technologique sur le matériau cathodique LFP, ce qui a considérablement amélioré les performances du LFP, ainsi que le taux de charge, à basse température.

Un EV alimenté par une batterie LFP conventionnelle a son propre inconvénient évident d'anxiété d'autonomie, c'est-à-dire que son autonomie est souvent d'environ 50% de sa gamme NEDC / WLTP / EPA revendiquée à basses températures telles que -20 ℃.

Le nouveau matériau LFP, "LFP-1", aurait été développé par plus de 20 experts en R&D de son centre de recherche de Shenzhen après plus de 2 000 expériences répétées en huit ans et l'équipe de R&D a remporté 5 brevets avec.

Les performances révolutionnaires de "LFP-1" seraient obtenues en établissant des canaux de transport d'ions lithium à grande vitesse à l'intérieur du matériau de la cathode, ainsi qu'une technologie de pointe de "sphères d'énergie" ; et les caractéristiques matérielles :

• Augmentation du taux de capacité de décharge de la batterie LFP de 55 % à 85 % à -20 °C et de près de zéro à 57 % à -40 °C.

• Atteindre une autonomie de 500 kilomètres en seulement 15 minutes de charge rapide au taux 4C. En comparaison, un véhicule électrique alimenté par une batterie LFP conventionnelle a généralement besoin de 40 minutes de charge rapide pour atteindre une autonomie d'environ 550 kilomètres.

Le sodium sera-t-il la prochaine solution ?

2022-04-08 | Jerry Huang

En 2020, les acteurs du marché des VE spéculaient avec enthousiasme que la baisse des coûts des batteries au lithium entraînerait une croissance rapide des ventes de VE dans le monde, et c'est vraiment le cas.

En ce qui concerne le premier trimestre de 2022, la plupart d'entre nous ne sont tout simplement pas prêts à rencontrer la «folie de mars», a déclaré M. Jow Lowry de Global Lithium LLC, sur une augmentation spectaculaire des prix du carbonate de lithium et de l'hydroxyde de lithium en février et au début Mars. Cependant, il estime que les prix élevés du lithium ne vont pas créer de destruction de la demande sur le marché des véhicules électriques. "Nous avons des prix élevés du lithium à cause du manque d'investissement qui a créé le déséquilibre entre l'offre et la demande. Je ne crois pas que cela va détruire la demande. Je crois que c'est, plus correctement mis, ça va transmettre la demande. La révolution des véhicules électriques va être limitée au cours de cette décennie par le manque d'approvisionnement en lithium. Il n'y a plus aucun doute à ce sujet maintenant », déclare M. Jow Lowry.

Malgré les prix record du lithium, de nombreux autres matériaux de batterie, tels que le nickel, le cobalt et l'aluminium, ont également connu une vague historique d'augmentation des prix au premier trimestre de cette année, ce qui a entraîné une augmentation continue du coût de la batterie et plus de 20 annonces OEM de leur VE. hausse des prix en mars 2022.

Alors, où va la batterie au lithium ? Certains experts disent que les batteries au lithium iront aux véhicules électriques moyen et haut de gamme, à l'électronique grand public, aux véhicules marins électriques et aux véhicules aériens, etc.

Qu'en est-il de l'entrée de gamme des véhicules électriques et du stockage d'énergie ? Les batteries de chimie au sodium seront-elles un autre choix pour eux ? Il existe une abondance de sodium et d'autres ressources sur terre pour les batteries au sodium, qui sont considérées comme économiques et respectueuses de l'environnement. Existe-t-il d'autres solutions de batterie hautement évolutives ? Attendons de voir quelles percées de la recherche viendront ensuite.

Course à la chimie cellulaire : systèmes lithium vs sodium

2021-12-08 | Jerry Huang

Les recherches consacrées aux batteries lithium-soufre (Li/S ₈ ) et lithium-oxygène (Li/O ₂ ) à température ambiante se sont considérablement développées au cours des dix dernières années. La course au développement de tels systèmes cellulaires est principalement motivée par la très haute densité énergétique théorique et l'abondance de soufre et d'oxygène. La chimie cellulaire, cependant, est complexe et les progrès vers le développement de dispositifs pratiques restent entravés par certains problèmes clés fondamentaux, qui sont actuellement abordés par de nombreuses approches.

De manière assez surprenante, on ne sait pas grand-chose sur les systèmes de batteries analogues à base de sodium, bien que les batteries Na/S ₈ et Na/NiCl _{2 à} haute température déjà commercialisées suggèrent qu'une batterie rechargeable à base de sodium est réalisable à grande échelle. De plus, l'abondance naturelle du sodium est un atout attractif pour le développement de batteries à base de composants à faible coût.

Cette revue fournit un résumé des connaissances de pointe sur les batteries lithium-soufre et lithium-oxygène et une comparaison directe avec les systèmes analogues au sodium. Les propriétés générales, les principaux avantages et défis, les stratégies récentes d'amélioration des performances et les directives générales pour un développement ultérieur sont résumés et discutés de manière critique. En général, la substitution du lithium par le sodium a un fort impact sur les propriétés globales de la réaction cellulaire et des différences de transport d'ions, de stabilité de phase, de potentiel d'électrode, de densité d'énergie, etc. peuvent donc être attendues.

La question de savoir si ces différences profiteront à une chimie cellulaire plus réversible reste une question ouverte, mais certains des premiers rapports sur les _{cellules Na/S 8} et Na/O ₂ à température ambiante montrent déjà des différences intéressantes par rapport aux Li/S ₈ et Li / O ₂ systèmes.

Les batteries lithium-ion rechargeables (LIB) sont rapidement devenues la forme de stockage d'énergie la plus importante pour toutes les applications mobiles depuis leur commercialisation au début des années 90. Ceci est principalement dû à leur densité d'énergie inégalée qui surpasse facilement les autres systèmes de batteries rechargeables tels que métal-hydrure ou plomb-acide. Cependant, le besoin continu de stocker l'électricité de manière encore plus sûre, plus compacte et plus abordable nécessite une recherche et un développement continus.

Le besoin de stockage d'énergie stationnaire peu coûteux est devenu un défi supplémentaire, qui déclenche également des recherches sur des batteries alternatives. Des efforts importants sont dirigés vers l'amélioration continue des différentes technologies Li-ion par un emballage et un traitement plus efficaces, de meilleurs électrolytes et des matériaux d'électrode optimisés, par exemple. Bien que des progrès significatifs aient été réalisés en ce qui concerne la densité de puissance au cours des dernières années, l'augmentation de la densité d'énergie (volumétriquement et gravimétriquement) a été relativement faible. Une comparaison des différentes technologies de batteries en ce qui concerne leurs densités énergétiques est illustrée à la figure 1.

Figure 1 : Densités énergétiques théoriques et (estimées) pratiques de différentes batteries rechargeables : Pb–acide – plomb acide, NiMH – nickel métal hydrure, Na-ion – estimation dérivée des données pour Li-ion en supposant une tension de cellule légèrement inférieure, Li- ion - moyenne sur différents types, HT-Na/S ₈ - batterie sodium-soufre à haute température, Li/S ₈ et Na/S ₈ - batterie lithium-soufre et sodium-soufre en supposant Li ₂ S et Na2S comme produits de décharge, Li /O ₂ et Na/O ₂ – batterie lithium-oxygène (les valeurs théoriques incluent le poids d'oxygène et dépendent de la stoechiométrie du produit de décharge supposé, c'est-à-dire oxyde, peroxyde ou superoxyde). Notez que les valeurs des densités énergétiques pratiques peuvent varier largement en fonction de la conception de la batterie (taille, haute puissance, haute énergie, cellule unique ou batterie) et de l'état de développement. Toutes les valeurs des densités d'énergie pratiques se réfèrent au niveau de la cellule (sauf Pb-acide, 12 V). Les valeurs pour les _{batteries Li/S 8} et Li/O ₂ ont été tirées de la littérature (citée dans le texte principal) et sont utilisées pour estimer les densités d'énergie pour les cellules _{Na/S 8} et Na/O _{2 .} Parmi les technologies ci-dessus, seules les technologies plomb acide, NiMH, Li-ion et Na/S ₈ haute température ont été commercialisées à ce jour.

Les références:

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

Tétrafluoroborate de lithium (LiBF4) en tant qu'additif électrolytique de batterie Li-ion

2021-12-05 | Jerry Huang

Le tétrafluoroborate de lithium (LiBF ₄ ) utilisé comme additif électrolytique pour améliorer les performances de cyclage de LiNi _0,5 Co _0,2 Mn _0,3 O ₂ /cellule graphite (NMC532) à une tension de fonctionnement plus élevée est étudié.

Avec 1,0 % en poids d'ajout de LiBF4 dans l'électrolyte, la rétention de capacité de la batterie lithium-ion après 100 cycles a été considérablement améliorée de 29,2 % à 90,1 % dans la tension de 3,0 V à 4,5 V. Pour comprendre le mécanisme de l'amélioration de la rétention de capacité à haute fonctionnement sous tension, les propriétés, y compris les performances de la cellule, le comportement de l'impédance ainsi que les caractéristiques des propriétés interfaciales de l'électrode sont examinées.

On constate que LiBF4 était susceptible de participer à la formation du film d'interface sur les deux électrodes. Les performances améliorées de la cellule sont attribuées à la modification des composants de la couche d'interface sur l'anode en graphite et la cathode LiNi _0,5 Co _0,2 Mn _0,3 O ₂ , ce qui conduit à abaisser l'impédance interfaciale.

Source : Zuo, Xiaoxi et Fan, Chengjie et Liu, Jiansheng et Xiao, Xin et Wu, Junhua et Nan, Junmin. (2013). Tétrafluoroborate de lithium en tant qu'additif électrolytique pour améliorer les performances haute tension de la batterie lithium-ion. Journal de la Société électrochimique. 160. A1199-A1204. 10.1149/2.066308jes. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/2.066308jes

Difluorophosphate de lithium vs difluorophosphate de sodium comme additifs électrolytiques Li-ion

2021-11-24 | Jerry Huang

Le difluorophosphate de lithium (LiDFP, LFO) est très utile en tant qu'additif électrolytique pour améliorer les performances de la durée de vie de la batterie Li-ion et la rétention de la capacité de décharge à haute température, ainsi que pour réduire l'autodécharge. Alors que le difluorophosphate de sodium a des performances similaires dans la cellule de batterie NMC532 ? Jetons un coup d'œil à un article publié dans le Journal of The Electrochemical Society en 2020.

Conclusion : Trois nouveaux additifs électrolytiques au sel difluorophosphate ont été synthétisés et évalués dans des cellules de poche NMC532/graphite. Le difluorophosphate d'ammonium (AFO) est facilement préparé via une réaction de laboratoire à l'état solide de fluorure d'ammonium et de pentoxyde de phosphore qui ne nécessite qu'un chauffage doux pour démarrer. Le meilleur rendement en difluorophosphate de sodium (NaFO) dans la présente étude a été obtenu en faisant réagir de l'acide difluorophosphorique et du carbonate de sodium dans du 1,2-diéméthoxyéthane sur des tamis moléculaires de 3 , un agent de séchage très puissant. Le difluorophosphate de tétraméthylammonium (MAFO) a été préparé à partir de NaFO par échange de cations avec du chlorure de tétraméthylammonium.

Le NaFO est considéré comme un très bon additif électrolytique, avec des performances similaires dans les cellules NMC532/gr que l'additif mieux connu au difluorophosphate de lithium (LFO), chacun affichant une rétention de capacité de décharge d'environ 90 % après plus de 1 500 cycles à 40 °C. La stabilité à long terme pendant le cycle entre 3,0 et 4,3 V se compare favorablement, mais est néanmoins inférieure aux cellules de référence 2% VC 1% DTD rapportées par Harlow et al., qui ont une rétention de capacité 94% après 1 500 cycles. La nature bénéfique des deux additifs est attribuable à l'anion difluorophosphate. En revanche, l'AFO et le MAFO sont de mauvais additifs électrolytiques. Ceci est suggéré pour être dû à la formation de nitrure de lithium pour le premier. On ne sait pas pourquoi les cations tétraméthylammonium ont un effet négatif sur la stabilité cellulaire.

Les références:

1. Synthèse et évaluation des additifs électrolytiques au sel de difluorophosphate pour les batteries lithium-ion, Journal of The Electrochemical Society, 2020 167 100538, David S. Hall, Toren Hynes, Connor P. Aiken et JR Dahn