Sistem Pasokan Listrik Rendah Karbon Diharapkan Akan Dibangun

2024-07-21 | Jerry Huang

Pada tanggal 15 Juli 2024, Komisi Pembangunan dan Reformasi Nasional Tiongkok (NDRC) dan Administrasi Energi Nasional (NEA) mengeluarkan “Program Transformasi Rendah Karbon dan Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Batubara (2024-2027)”, yang menyebutkan bahwa: Pada tahun 2025 , proyek transformasi rendah karbon dari pembangkit listrik tenaga batubara pertama akan dimulai, dan sejumlah teknologi tenaga rendah karbon akan diterapkan; emisi karbon dari proyek-proyek terkait akan berkurang sekitar 20% per kilowatt-jam dibandingkan dengan emisi pada tahun 2023, bahkan jelas lebih rendah dibandingkan emisi karbon dari pembangkit listrik tenaga batubara canggih yang sudah ada, sehingga mengeksplorasi pengalaman berharga bagi masyarakat yang bersih dan hemat energi. -transformasi karbon pembangkit listrik tenaga batubara. Dengan mengadaptasi transformasi rendah karbon pada unit pembangkit listrik tenaga batubara yang ada dan pembangunan unit pembangkit listrik tenaga batubara rendah karbon baru secara terkoordinasi, kami bertujuan untuk mempercepat pembangunan sistem energi baru yang bersih, rendah karbon, aman dan tinggi energi. efisien.

Menurut perkiraan yang relevan, pada tahun 2030, emisi CO2 dari pembangkit listrik tenaga batubara akan mencapai sekitar 4 miliar ton. Oleh karena itu, teknologi rendah karbon pada industri tenaga batu bara merupakan dukungan utama untuk mencapai tujuan 'Puncak Karbon 2030 - 2060 & Netral Karbon' Tiongkok. Jadi, bagaimana industri pembangkit listrik tenaga batubara dapat mencapai dekarbonisasi?

01 Transformasi dan metode konstruksi dekarbonisasi tenaga batubara

Menurut Program Transformasi Rendah Karbon dan Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Batubara (2024-2027), ada tiga cara khusus untuk mengubah tenaga batubara menjadi rendah karbonisasi:

1, pencampuran biomassa. Dengan memanfaatkan sumber daya biomassa seperti limbah pertanian dan kehutanan, limbah tanaman dan tanaman energi terbarukan, serta mempertimbangkan pasokan sumber daya biomassa yang berkelanjutan, keamanan, fleksibilitas, efisiensi operasional dan kelayakan ekonomi, unit pembangkit listrik tenaga batubara harus dipadukan dengan biomassa. pembangkit listrik. Setelah transformasi dan konstruksi, pembangkit listrik tenaga batubara harus memiliki kemampuan untuk mencampurkan lebih dari 10% bahan bakar biomassa, sehingga mengurangi konsumsi batubara dan emisi karbon secara signifikan.

2, pencampuran amonia hijau. Dengan menggunakan pencampuran amonia hijau dengan unit tenaga batubara untuk menghasilkan listrik dan menggantikan sebagian batubara. Pembangkit listrik tenaga batubara harus mampu membakar lebih dari 10% amonia hijau setelah transformasi dan konstruksi, dengan tujuan agar konsumsi batubara dan tingkat emisi karbon dapat dikurangi secara nyata.

3, Penangkapan, pemanfaatan dan penyimpanan karbon. Mengadopsi metode kimia, adsorpsi, membran dan teknologi lainnya untuk memisahkan dan menangkap karbon dioksida dalam gas buang boiler berbahan bakar batubara. Menangkap, memurnikan, dan memampatkan karbon dioksida melalui penyesuaian tekanan dan suhu. Mempromosikan penerapan teknologi geologi seperti penggerak minyak yang efisien dengan menggunakan karbon dioksida. Gunakan teknologi kimia seperti karbon dioksida ditambah hidrogen untuk mendapatkan metanol. Menerapkan penyimpanan geologis karbon dioksida sesuai dengan kondisi lokal.

02 Jalur transisi menuju pembangkit listrik tenaga batu bara rendah karbon

Perluasan energi bersih, termasuk pembangkit listrik tenaga air, tenaga angin, dan tenaga surya, merupakan kunci untuk mewujudkan cetak biru pasokan listrik rendah karbon. Setelah memenuhi kebutuhan energi tambahan, diperlukan penggantian lebih lanjut terhadap energi batubara yang sudah ada untuk melakukan transisi energi rendah karbon. Setelah tahun 2030, pembangkit listrik non-fosil akan menggantikan pembangkit listrik tenaga batu bara yang ada dan menjadi bagian utama pasokan listrik; dan setelah tahun 2050, pangsa pembangkit listrik tenaga batu bara akan berkurang dari 5% dari total pasokan listrik Tiongkok.

Menurut studi dari Renmin University of China mengenai prospek perkembangan transisi pembangkit listrik tenaga batu bara yang rendah karbon, hal ini dapat dibagi menjadi tiga langkah berikut:

1, Mulai saat ini hingga tahun 2030 sebagai masa persiapan transisi rendah karbon, kapasitas pembangkit listrik tenaga batubara masih akan tumbuh secara moderat sebelum tahun 2030, pada saat yang sama, energi baru menjadi mayoritas peningkatan pasokan listrik, dan pangsa energi angin & surya kapasitas terpasang akan lebih dari 40% pada tahun 2030.

2, Tahun 2030-2045 sebagai masa transisi yang cepat, setelah tahun 2030, pangsa pembangkit listrik tenaga angin & surya akan dengan cepat melebihi pembangkit listrik tenaga batu bara, sehingga menjadi sumber listrik utama dalam sistem tenaga listrik. Pembangkit listrik tenaga batubara perlu dipadukan dengan teknologi biomassa, CCUS dan teknologi bersih rendah karbon lainnya, sehingga mengurangi emisi karbon.

3, Tahun 2045 -2060 seiring dengan periode penguatan dan peningkatan pasokan listrik, pada tahun 2050 kebutuhan listrik akan jenuh, tenaga batubara akan sepenuhnya diubah menjadi pasokan listrik penyesuaian, melayani pencernaan dan penyerapan tenaga utama energi angin-surya , dan menyediakan listrik darurat dan cadangan.

Berikut adalah contoh basis kekuatan di Gurun Kubuqi. Total kapasitas yang direncanakan dari pembangkit listrik Kubuqi adalah 16 juta kilowatt, termasuk pembangkit listrik fotovoltaik sebesar 8 juta kilowatt, tenaga angin sebesar 4 juta kilowatt, dan kapasitas pembangkit listrik tenaga batu bara efisiensi tinggi yang canggih sebesar 4 juta kilowatt. Proyek pembangkit listrik tenaga surya yang telah dibangun sangat spektakuler, dengan kapasitas fotovoltaik terpasang sebesar 2M kW telah beroperasi. Jika semua proyek selesai sepenuhnya, diperkirakan sekitar 40 miliar kWh listrik dapat disalurkan ke jutaan keluarga per tahun, dengan energi bersih menyumbang lebih dari 50% dari total keseluruhan, yang setara dengan penghematan sekitar 6 juta ton listrik. batubara standar dan mengurangi emisi karbon dioksida sekitar 16 juta ton per tahun. Direncanakan akan ada lebih banyak basis energi ramah lingkungan yang akan dibangun. Panel surya pertama kali dibangun Panel surya satu tahun kemudian Basis tenaga surya lima tahun kemudian

Sedangkan untuk kendaraan listrik dan infrastruktur pengisian dayanya, menurut statistik, pada akhir Mei 2024, jumlah total infrastruktur pengisian daya kendaraan listrik telah terakumulasi menjadi 9,92 juta unit di seluruh Tiongkok, meningkat sebesar 56% YoY. Diantaranya, fasilitas pengisian daya publik dan swasta meningkat masing-masing menjadi 3,05 juta unit dan 6,87 juta unit, dengan tingkat pertumbuhan masing-masing sebesar 46% dan 61% YoY. Hal ini menandakan bahwa Tiongkok telah membangun jaringan infrastruktur pengisian daya terbesar di dunia, yang mencakup wilayah layanan terluas dan beragam jenis pengisian daya.

Metode Ramah Lingkungan Yang Sangat Efisien Dan Ekonomis Dirilis Untuk Daur Ulang LCO Dan LIB Ternary

2023-09-16 | Jerry Huang

Catatan Editor: Baterai litium-ion kini banyak digunakan di berbagai perangkat elektronik, kendaraan listrik, dan penyimpanan energi skala jaringan. Permintaan global terhadap baterai lithium-ion terus tumbuh secara signifikan. Diperkirakan pada tahun 2030, volume baterai lithium-ion bekas secara global akan melebihi 11 juta ton, yang akan menjadi sumber polusi besar yang dapat mengancam lingkungan dan kesehatan masyarakat secara serius. Pada saat yang sama, meningkatnya permintaan akan baterai litium-ion berarti meningkatnya permintaan akan litium dan kobalt. Di sisi lain, kandungan litium dan kobalt dalam katoda LIB masing-masing mencapai 15% dan 7% berat, jauh lebih tinggi dibandingkan bijih dan air garam. Oleh karena itu, perolehan kembali unsur-unsur logam dalam katoda LIB bekas mempunyai dampak besar terhadap lingkungan, sosial dan ekonomi. Saat ini, pemulihan baterai lithium-ion terutama dibagi menjadi tiga langkah: perlakuan awal, ekstraksi logam, dan pemisahan logam. Dalam penelitian dan pengembangan langkah ekstraksi logam pada proses daur ulang, proses hidrometalurgi adalah salah satu pilihan yang paling layak karena laju pelindian logam yang tinggi dan kemurnian produk hasil perolehan yang memuaskan. Namun, prosesnya tidak ramah lingkungan dan tidak terlalu ekonomis, karena penggunaan asam anorganik menghasilkan produk sampingan yang berbahaya; sedangkan asam organik memerlukan zat pereduksi tambahan atau waktu reaksi yang lebih lama dan suhu yang lebih tinggi untuk perolehan kembali logam.

Para peneliti dari tim Zhong Lin Wang memberi kita kemungkinan metode yang ramah lingkungan, sangat efisien dan ekonomis untuk mendaur ulang LIB, termasuk baterai litium kobalt oksida (LCO) dan baterai litium terner.

Abstrak

Dengan tren global menuju netralitas karbon, permintaan baterai lithium-ion (LIB) terus meningkat. Namun, metode daur ulang LIB bekas yang ada saat ini memerlukan perbaikan segera dalam hal ramah lingkungan, biaya, dan efisiensi. Di sini kami mengusulkan metode mekano-katalitik, yang disebut kontak-elektro-katalisis, memanfaatkan radikal yang dihasilkan oleh elektrifikasi kontak untuk mendorong pencucian logam di bawah gelombang ultrasonik. Kami juga menggunakan SiO2 sebagai katalis yang dapat didaur ulang dalam proses tersebut. Untuk baterai litium kobalt (III) oksida, efisiensi pelindian mencapai 100% untuk litium dan 92,19% untuk kobalt pada suhu 90 °C dalam waktu 6 jam. Untuk baterai litium terner, efisiensi pelindian litium, nikel, mangan, dan kobalt masing-masing mencapai 94,56%, 96,62%, 96,54%, dan 98,39% pada 70 °C, dalam waktu 6 jam. Kami mengantisipasi bahwa metode ini dapat memberikan pendekatan ramah lingkungan, efisiensi tinggi, dan ekonomis untuk daur ulang LIB, memenuhi permintaan produksi LIB yang meningkat secara eksponensial.

Referensi

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

Metode Ramah Lingkungan Dan Ekonomis Yang Efisien Dirilis Untuk Daur Ulang Baterai LFP

2023-09-16 | Jerry Huang

Catatan Editor: Baterai litium-ion kini banyak digunakan di berbagai perangkat elektronik, kendaraan listrik, dan penyimpanan energi skala jaringan. Permintaan global terhadap baterai lithium-ion terus tumbuh secara signifikan. Diperkirakan pada tahun 2030, volume baterai lithium-ion bekas secara global akan melebihi 11 juta ton, yang akan menjadi sumber polusi besar yang dapat mengancam lingkungan dan kesehatan masyarakat secara serius. Pada saat yang sama, meningkatnya permintaan akan baterai litium-ion berarti meningkatnya permintaan akan litium dan kobalt. Di sisi lain, kandungan litium dan kobalt dalam katoda LIB masing-masing mencapai 15% dan 7% berat, yang jauh lebih tinggi dibandingkan bijih dan air garam. Oleh karena itu, perolehan kembali unsur-unsur logam dalam katoda LIB bekas mempunyai dampak besar terhadap lingkungan, sosial dan ekonomi. Saat ini, pemulihan baterai lithium-ion terutama dibagi menjadi tiga langkah: perlakuan awal, ekstraksi logam, dan pemisahan logam. Dalam penelitian dan pengembangan langkah ekstraksi logam pada proses daur ulang, proses hidrometalurgi adalah salah satu pilihan yang paling memungkinkan karena laju pelindian logam yang tinggi dan kemurnian produk hasil perolehan yang memuaskan. Namun, prosesnya tidak ramah lingkungan dan tidak terlalu ekonomis, karena penggunaan asam anorganik menghasilkan produk sampingan yang berbahaya; sedangkan asam organik memerlukan zat pereduksi tambahan atau waktu reaksi yang lebih lama dan suhu yang lebih tinggi untuk perolehan kembali logam.

Para peneliti dari tim Zhong Lin Wang memberi kita kemungkinan metode yang ramah lingkungan, sangat efisien dan ekonomis untuk mendaur ulang LIB, khususnya baterai LFP.

Abstrak

Daur ulang baterai lithium iron phosphate (LFP), yang mewakili lebih dari 32% pangsa pasar baterai lithium-ion (LIB) di seluruh dunia, telah menarik perhatian karena sumber daya elemen yang berharga dan masalah lingkungan. Namun, teknologi daur ulang yang canggih, yang biasanya didasarkan pada metode elektrokimia atau pencucian kimia, mempunyai permasalahan penting seperti prosedur yang membosankan, konsumsi bahan kimia/listrik yang sangat besar, dan polusi sekunder. Di sini, kami melaporkan sistem mandiri inovatif yang terdiri dari reaktor daur ulang LIB elektrokimia dan nanogenerator triboelektrik (TENG) untuk mendaur ulang LFP bekas. Dalam reaktor daur ulang LIB elektrokimia, pasangan Cl−/ClO− yang dihasilkan secara elektrokimia dalam larutan NaCl digunakan sebagai mediator redoks untuk memecah LFP menjadi FePO4 dan Li+ melalui reaksi penargetan redoks tanpa bahan kimia tambahan. Selain itu, TENG yang memanfaatkan komponen buangan dari LIB termasuk casing, film aluminium-plastik, dan pengumpul arus dirancang untuk meminimalkan polutan sekunder secara drastis. Selain itu, TENG memanen energi angin, menghasilkan output sebesar 0,21 W untuk memberi daya pada sistem daur ulang elektrokimia dan mengisi daya baterai. Oleh karena itu, sistem yang diusulkan untuk mendaur ulang LFP bekas menunjukkan kemurnian tinggi (Li2CO3, 99,70% dan FePO4, 99,75%), fitur mandiri, prosedur pengolahan yang disederhanakan, dan keuntungan tinggi, yang dapat mendorong keberlanjutan teknologi LIB.

Referensi

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

Baterai Li-Ion 50C Pengisian Cepat Menggunakan Anoda Grafit

2022-11-01 |

Abstrak

Baterai Li-ion telah membuat terobosan ke pasar kendaraan listrik dengan kepadatan energi yang tinggi, namun mereka masih mengalami kinetika lambat yang dibatasi oleh anoda grafit. Di sini, elektrolit yang memungkinkan pengisian cepat ekstrim (XFC) dari anoda grafit berukuran mikro tanpa pelapisan Li dirancang. Karakterisasi dan simulasi komprehensif tentang difusi Li+ dalam elektrolit curah, proses transfer muatan, dan interfase elektrolit padat (SEI) menunjukkan bahwa konduktivitas ionik yang tinggi, energi desolvasi Li+ yang rendah, dan SEI pelindung sangat penting untuk XFC. Berdasarkan kriteria, dua elektrolit pengisian cepat dirancang: tegangan rendah 1,8 m LiFSI dalam 1,3-dioksolana (untuk sel LiFePO4||grafit) dan tegangan tinggi 1,0 m LiPF6 dalam campuran 4-fluoroetilena karbonat dan asetonitril (7:3 per vol) (untuk LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||sel grafit). Elektrolit sebelumnya memungkinkan elektroda grafit mencapai 180 mAh g−1 pada 50C (1C = 370 mAh g−1), yang 10 kali lebih tinggi daripada elektrolit konvensional. Elektrolit terakhir memungkinkan LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||sel grafit (2 mAh cm−2, rasio N/P = 1) untuk memberikan kapasitas reversibel yang memecahkan rekor sebesar 170 mAh g−1 pada pengisian 4C dan pelepasan 0,3C . Karya ini mengungkap mekanisme kunci untuk XFC dan memberikan prinsip desain elektrolit instruktif untuk LIB pengisian cepat praktis dengan anoda grafit.

Referensi

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

Baterai Li-ion Bertegangan Tinggi dan Berdensitas Energi Tinggi Dilaporkan Berbiaya Rendah dan Bebas Logam

2022-07-10 | Jerry Huang

Catatan editor: Peneliti melaporkan terobosan elektrokimia densitas energi tinggi tegangan tinggi Baterai Lithium-ion yang ekonomis dan bebas logam (ramah lingkungan). Baterai lithium-ion organik 4-kelas V ini memiliki kapasitas teoretis tinggi dan tegangan tinggi, sementara bahan katoda dan elektrolit praktisnya masih belum dijelajahi.

Apakah Molekul Kecil Organik Aktif Redoks Berlaku untuk Katoda Baterai Lithium-Ion Tegangan Tinggi (>4 V)?

Oleh: Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Kazuyuki Iwase, Yoshiyuki Gambe, Itaru Honma | Diterbitkan pertama kali: 10 Maret 2022 di Advanced Science

4 Baterai Lithium-Ion Organik Kelas-V

Sementara baterai lithium-ion organik telah menarik perhatian besar karena kapasitas teoritisnya yang tinggi, bahan katoda organik bertegangan tinggi tetap belum dijelajahi. Dalam artikel nomor 2200187, Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Itaru Honma, dan rekan kerja melaporkan elektrokimia asam croconic pada tegangan tinggi. Penyelidikan teoritis dan eksperimental mengkonfirmasi dua enolat dalam asam croconic menunjukkan sekitar 4 V redoks, yang dapat digunakan untuk penyimpanan energi.

Abstrak

Sementara baterai organik telah menarik perhatian besar karena kapasitas teoretisnya yang tinggi, bahan aktif organik tegangan tinggi (> 4 V vs Li/Li+) tetap belum dijelajahi. Di sini, perhitungan teori fungsi kerapatan digabungkan dengan pengukuran voltametri siklik untuk menyelidiki elektrokimia asam krokonat (CA) untuk digunakan sebagai bahan katoda baterai lithium-ion dalam elektrolit dimetil sulfoksida dan -butirolakton (GBL). Perhitungan DFT menunjukkan bahwa garam dilitium CA (CA–Li2) memiliki dua gugus enolat yang mengalami reaksi redoks di atas 4,0 V dan kepadatan energi teoritis tingkat material 1949 Wh kg-1 untuk menyimpan empat ion litium dalam GBL—melebihi nilai keduanya anorganik konvensional dan bahan katoda organik yang dikenal. Pengukuran siklik-voltametri mengungkapkan reaksi redoks yang sangat reversibel oleh gugus enolat pada 4 V di kedua elektrolit. Tes kinerja baterai CA sebagai katoda baterai lithium-ion dalam GBL menunjukkan dua dataran tegangan pelepasan pada 3,9 dan 3,1 V, dan kapasitas pengosongan 102,2 mAh g-1 tanpa kehilangan kapasitas setelah lima siklus. Dengan tegangan pelepasan yang lebih tinggi dibandingkan dengan molekul kecil organik mutakhir yang diketahui, CA menjanjikan untuk menjadi kandidat bahan katoda utama untuk baterai organik lithium-ion densitas energi tinggi di masa depan.

Referensi:

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

Teknologi Terobosan LFP Suhu Rendah Terungkap

2022-04-19 | Jerry Huang

Pada tanggal 15 April, tim R&D dari Changzhou Liyuan New Energy Co membuat pengumuman di Nanjing bahwa perusahaan telah membuat terobosan teknologi pada bahan katoda LFP, yang secara signifikan meningkatkan kinerja LFP, serta tingkat pengisian, pada suhu rendah.

Sebuah EV yang ditenagai oleh baterai LFP konvensional memiliki kelemahannya sendiri yang jelas dari kecemasan jangkauan, yaitu, jangkauannya sering kali sekitar 50% dari kisaran NEDC / WLTP / EPA yang diklaimnya pada suhu rendah seperti -20℃.

Bahan LFP baru, "LFP-1", diklaim dikembangkan oleh lebih dari 20 ahli R&D dari Pusat Penelitian Shenzhen setelah lebih dari 2.000 percobaan berulang dalam delapan tahun dan tim R&D telah memenangkan 5 paten dengan bahan tersebut.

Performa terobosan "LFP-1" dilaporkan dapat dicapai dengan membangun saluran transportasi ion lithium berkecepatan tinggi di dalam bahan katoda bersama dengan teknologi "bola energi" yang canggih; dan fitur bahan:

• Meningkatkan tingkat kapasitas pengosongan baterai LFP dari 55% menjadi 85% pada -20℃ derajat, dan dari hampir nol menjadi 57% pada -40℃ derajat.

• Mencapai jangkauan 500 kilometer hanya dalam 15 menit pengisian cepat tingkat 4C. Sebagai perbandingan, EV yang ditenagai oleh baterai LFP konvensional biasanya membutuhkan pengisian cepat 40 menit untuk mencapai jangkauan sekitar 550 kilometer.

Akankah Sodium Menjadi Solusi Berikutnya?

2022-04-08 | Jerry Huang

Pada tahun 2020, pelaku pasar EV dengan penuh semangat berspekulasi bahwa penurunan biaya baterai bertenaga lithium akan membawa pertumbuhan penjualan EV yang cepat di seluruh dunia, dan benar-benar terjadi.

Ketika datang ke kuartal pertama tahun 2022, kebanyakan dari kita tidak siap untuk menghadapi “Kegilaan Maret”, kata Mr. Jow Lowry dari Global Lithium LLC, tentang kenaikan harga lithium karbonat dan lithium hidroksida yang dramatis pada bulan Februari dan awal Berbaris. Namun dia merasa bahwa harga lithium yang tinggi tidak akan membuat kehancuran permintaan dari pasar EV. “Kami memiliki harga lithium yang tinggi karena kurangnya investasi yang menciptakan ketidakseimbangan pasokan-permintaan. Saya tidak percaya bahwa ini akan menghancurkan permintaan. Saya percaya itu, lebih tepatnya, itu akan meneruskan permintaan. Revolusi EV akan dibatasi dalam dekade ini oleh kurangnya pasokan lithium. Tidak ada pertanyaan tentang itu sekarang,” kata Mr. Jow Lowry.

Terlepas dari rekor harga lithium yang tinggi, banyak bahan baterai lainnya, seperti nikel, kobalt, dan aluminium, juga mengalami gelombang kenaikan harga historis pada Q1 tahun ini, yang mengakibatkan kenaikan biaya baterai yang berkelanjutan dan lebih dari 20 pengumuman OEM tentang EV mereka. kenaikan harga pada Maret 2022.

Jadi kemana tujuan baterai lithium? Beberapa ahli mengatakan bahwa baterai lithium akan digunakan untuk EV kelas menengah dan atas, elektronik konsumen, kendaraan laut listrik dan kendaraan udara, dll.

Bagaimana dengan entry-level EV dan penyimpanan energi? Akankah baterai kimia natrium menjadi pilihan lain bagi mereka? Ada banyak natrium dan sumber daya lainnya di bumi untuk baterai natrium, yang diyakini ekonomis dan ramah lingkungan. Apakah ada solusi baterai lain yang sangat skalabel? Mari kita tunggu dan lihat terobosan penelitian apa yang akan datang selanjutnya.

Perlombaan Kimia Sel: Sistem Lithium vs Sodium

2021-12-08 | Jerry Huang

Penelitian yang ditujukan untuk baterai lithium-sulfur (Li/S ₈ ) dan lithium-oksigen (Li/O ₂ ) suhu kamar telah meningkat secara signifikan selama sepuluh tahun terakhir. Perlombaan untuk mengembangkan sistem sel semacam itu terutama dimotivasi oleh kepadatan energi teoretis yang sangat tinggi dan kelimpahan belerang dan oksigen. Kimia sel, bagaimanapun, adalah kompleks, dan kemajuan menuju pengembangan perangkat praktis tetap terhambat oleh beberapa masalah kunci mendasar, yang saat ini sedang ditangani oleh berbagai pendekatan.

Cukup mengejutkan, tidak banyak yang diketahui tentang sistem baterai analog berbasis natrium, meskipun baterai Na/S ₈ dan Na/NiCl ₂ suhu tinggi yang sudah dikomersialkan menunjukkan bahwa baterai isi ulang berbasis natrium layak untuk skala besar. Selain itu, kelimpahan alami natrium merupakan manfaat yang menarik untuk pengembangan baterai berdasarkan komponen berbiaya rendah.

Ulasan ini memberikan ringkasan pengetahuan mutakhir tentang baterai lithium-sulfur dan lithium-oksigen dan perbandingan langsung dengan sistem natrium analog. Sifat umum, manfaat dan tantangan utama, strategi terbaru untuk peningkatan kinerja dan pedoman umum untuk pengembangan lebih lanjut dirangkum dan dibahas secara kritis. Secara umum, substitusi lithium untuk natrium memiliki dampak yang kuat pada keseluruhan sifat reaksi sel dan perbedaan dalam transpor ion, stabilitas fase, potensial elektroda, kepadatan energi, dll. dapat diharapkan.

Apakah perbedaan ini akan menguntungkan kimia sel yang lebih reversibel masih menjadi pertanyaan terbuka, tetapi beberapa laporan pertama pada suhu kamar _{sel Na/S 8} dan Na/O ₂ sudah menunjukkan beberapa perbedaan menarik dibandingkan dengan Li/S ₈ dan Li / O ₂ sistem.

Baterai lithium-ion (LIB) yang dapat diisi ulang dengan cepat menjadi bentuk penyimpanan energi terpenting untuk semua aplikasi seluler sejak komersialisasinya di awal 1990-an. Ini terutama karena kepadatan energinya yang tak tertandingi yang dengan mudah melampaui sistem baterai isi ulang lainnya seperti logam-hidrida atau timbal-asam. Namun, kebutuhan berkelanjutan untuk menyimpan listrik lebih aman, lebih kompak dan lebih terjangkau memerlukan penelitian dan pengembangan yang berkelanjutan.

Kebutuhan akan penyimpanan energi stasioner yang murah menjadi tantangan tambahan yang juga memicu penelitian tentang baterai alternatif. Upaya besar diarahkan pada peningkatan berkelanjutan dari berbagai teknologi Li-ion dengan pengemasan yang lebih efisien, pemrosesan, elektrolit yang lebih baik, dan bahan elektroda yang dioptimalkan, misalnya. Meskipun kemajuan signifikan telah dicapai sehubungan dengan densitas daya selama beberapa tahun terakhir, peningkatan densitas energi (secara volumetrik dan gravimetri) relatif kecil. Perbandingan teknologi baterai yang berbeda sehubungan dengan kepadatan energinya ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1: Kerapatan energi teoritis dan (perkiraan) praktis dari baterai isi ulang yang berbeda: Pb–asam – asam timbal, NiMH – hidrida logam nikel, Na-ion – perkiraan berasal dari data untuk Li-ion dengan asumsi tegangan sel sedikit lebih rendah, Li- ion – rata-rata pada berbagai jenis, HT-Na/S ₈ – baterai natrium-sulfur suhu tinggi, Li/S ₈ dan Na/S ₈ – baterai lithium-sulfur dan natrium-sulfur dengan asumsi Li ₂ S dan Na2S sebagai produk pelepasan, Li / O ₂ dan Na / O ₂ - lithium-oksigen baterai (nilai teoritis termasuk berat oksigen dan bergantung pada stoikiometri dari produk debit diasumsikan, yaitu, oksida, peroksida atau superoksida). Perhatikan bahwa nilai kerapatan energi praktis dapat sangat bervariasi tergantung pada desain baterai (ukuran, daya tinggi, energi tinggi, sel tunggal atau baterai) dan status pengembangan. Semua nilai kerapatan energi praktis mengacu pada tingkat sel (kecuali Pb-asam, 12 V). Nilai untuk baterai Li/S ₈ dan Li/O ₂ diambil dari literatur (dikutip dalam teks utama) dan digunakan untuk memperkirakan densitas energi untuk sel _{Na/S 8} dan Na/O _2. Dari teknologi di atas, hanya teknologi asam timbal, NiMH, Li-ion dan Na/S ₈ suhu tinggi yang telah dikomersialkan hingga saat ini.

Referensi:

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

Lithium Tetrafluoroborate (LiBF4) sebagai Aditif Elektrolit Baterai Li-ion

2021-12-05 | Jerry Huang

Lithium tetrafluoroborate (LiBF ₄ ) digunakan sebagai aditif elektrolit untuk meningkatkan kinerja siklus sel LiNi _0,5 Co _0,2 Mn _0,3 O ₂ /grafit (NMC532) pada tegangan operasi yang lebih tinggi diselidiki.

Dengan penambahan 1,0 wt% LiBF4 ke dalam elektrolit, retensi kapasitas baterai lithium ion setelah 100 siklus sangat meningkat dari 29,2% menjadi 90,1% pada tegangan 3,0 V–4,5 V. Untuk memahami mekanisme peningkatan retensi kapasitas pada tegangan tinggi operasi tegangan, sifat termasuk kinerja sel, perilaku impedansi serta karakteristik sifat antarmuka elektroda diperiksa.

Ditemukan bahwa LiBF4 cenderung berpartisipasi dalam pembentukan film antarmuka pada kedua elektroda. Peningkatan kinerja sel dikaitkan dengan modifikasi komponen lapisan antarmuka pada anoda grafit dan katoda LiNi _0,5 Co _0,2 Mn _0,3 O ₂ , yang mengarah pada penurunan impedansi antarmuka.

Sumber: Zuo, Xiaoxi & Fan, Chengjie & Liu, Jiansheng & Xiao, Xin & Wu, Junhua & Nan, Junmin. (2013). Lithium Tetrafluoroborate sebagai Aditif Elektrolit untuk Meningkatkan Kinerja Tegangan Tinggi Baterai Lithium-Ion. Jurnal Masyarakat Elektrokimia. 160. A1199-A1204. 10.1149/2.066308jes. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/2.066308jes

Lithium difluorophosphate vs sodium difluorophosphate sebagai aditif elektrolit Li-ion

2021-11-24 | Jerry Huang

Lithium difluorophosphate (LiDFP, LFO) sangat membantu sebagai aditif elektrolit untuk meningkatkan kinerja siklus hidup baterai li-ion dan retensi kapasitas debit pada suhu tinggi, serta mengurangi self-discharge. Sementara natrium difluorofosfat memiliki kinerja serupa di sel baterai NMC532? Mari kita lihat makalah yang diterbitkan di Journal of The Electrochemical Society pada tahun 2020.

Kesimpulan: Tiga aditif elektrolit garam difluorofosfat baru disintesis dan dievaluasi dalam sel kantong NMC532/grafit. Amonium difluorofosfat (AFO) siap dibuat melalui reaksi benchtop amonium fluorida dan fosfor pentoksida yang hanya memerlukan pemanasan lembut untuk memulai. Hasil terbaik natrium difluorofosfat (NaFO) dalam penelitian ini diperoleh dengan mereaksikan asam difluorofosfat dan natrium karbonat dalam 1,2-diemetoksietana melalui saringan molekuler 3 , zat pengering yang sangat kuat. Tetramethylammonium difluorophosphate (MAFO) dibuat dari NaFO melalui pertukaran kation dengan tetramethylammonium chloride.

NaFO dilaporkan sebagai aditif elektrolit yang sangat baik, dengan kinerja serupa dalam sel NMC532/gr sebagai aditif lithium difluorophosphate (LFO) yang lebih dikenal, masing-masing menunjukkan retensi kapasitas pelepasan ~90% setelah lebih dari 1.500 siklus pada 40 °C. Stabilitas jangka panjang selama siklus antara 3,0–4,3 V lebih baik dibandingkan dengan, tetapi tetap saja kurang dari sel benchmark 2%VC 1% DTD yang dilaporkan oleh Harlow et al., yang memiliki retensi kapasitas 94% setelah 1.500 siklus. Sifat menguntungkan dari kedua aditif ini disebabkan oleh anion difluorofosfat. Sebaliknya, AFO dan MAFO ditemukan sebagai aditif elektrolit yang buruk. Hal ini diduga karena pembentukan lithium nitrida untuk yang pertama. Tidak diketahui mengapa kation tetrametilamonium memiliki efek negatif pada stabilitas sel.

Referensi:

1. Sintesis dan Evaluasi Aditif Elektrolit Garam Difluorofosfat untuk Baterai Lithium-Ion, Jurnal The Electrochemical Society, 2020 167 100538, David S. Hall, Toren Hynes, Connor P. Aiken dan JR Dahn