Si prevede la costruzione di un sistema di alimentazione a basse emissioni di carbonio

2024-07-21 | Jerry Huang

Il 15 luglio 2024, la Commissione nazionale cinese per lo sviluppo e la riforma (NDRC) e l'Amministrazione nazionale per l'energia (NEA) hanno pubblicato il "Programma sulla trasformazione e la costruzione di centrali elettriche a carbone a basse emissioni di carbonio (2024-2027)", in cui si afferma che: Entro il 2025 , verranno avviati tutti i progetti di trasformazione a basse emissioni di carbonio delle prime centrali elettriche a carbone e verranno messe in atto una serie di tecnologie energetiche a basse emissioni di carbonio; le emissioni di carbonio dei progetti in questione saranno ridotte di circa il 20% per kilowattora rispetto a quelle del 2023, ovviamente inferiori anche alle emissioni di carbonio delle centrali elettriche a carbone avanzate esistenti, esplorando così preziose esperienze per il pulito e a basso consumo energetico. -trasformazione del carbonio delle centrali elettriche a carbone. Adattando la trasformazione a basse emissioni di carbonio delle attuali centrali a carbone e la costruzione di nuove centrali a carbone a basse emissioni in modo coordinato, puntiamo ad accelerare la costruzione di un nuovo sistema energetico che sia pulito, a basse emissioni di carbonio, sicuro e altamente sostenibile. efficiente.

Secondo le previsioni, entro il 2030, le emissioni di CO2 delle centrali elettriche a carbone saranno di circa 4 miliardi di tonnellate. Pertanto, le tecnologie a basse emissioni di carbonio dell’industria energetica a carbone rappresentano il supporto chiave per raggiungere l’obiettivo cinese “2030-2060 Carbon Peak & Carbon Neutral”. Quindi, come potrebbe l’industria dell’energia dal carbone raggiungere la decarbonizzazione?

01 Metodi di trasformazione e costruzione della decarbonizzazione dell'energia da carbone

Secondo il Programma sulla trasformazione e costruzione di centrali elettriche a carbone a basse emissioni di carbonio (2024-2027), esistono tre modi specifici per trasformare l’energia da carbone in energia a bassa carbonizzazione:

1, Miscelazione della biomassa. Utilizzando risorse di biomassa come rifiuti agricoli e forestali, rifiuti vegetali e colture di energia rinnovabile, e prendendo in considerazione l’offerta sostenibile di risorse di biomassa, la sicurezza, la flessibilità, l’efficienza operativa e la fattibilità economica, le unità di generazione di energia alimentate a carbone dovrebbero essere abbinate alla biomassa produzione di energia. Dopo la trasformazione e la costruzione, le centrali elettriche a carbone dovrebbero essere in grado di miscelare più del 10% di combustibili da biomassa, riducendo così significativamente il consumo di carbone e le emissioni di carbonio.

2, miscelazione verde dell'ammoniaca. Utilizzando l’ammoniaca verde miscelata con le centrali a carbone per generare elettricità e sostituire parte del carbone. Le centrali a carbone dovrebbero essere in grado di bruciare più del 10% di ammoniaca verde dopo la trasformazione e la costruzione, con l’obiettivo di ridurre ovviamente il consumo di carbone e i livelli di emissione di carbonio.

3, Cattura, utilizzo e stoccaggio del carbonio. Adottare metodi chimici, adsorbimento, membrane e altre tecnologie per separare e catturare l'anidride carbonica nei gas di scarico delle caldaie a carbone. Cattura, purifica e comprime l'anidride carbonica attraverso la regolazione della pressione e della temperatura. Promuovere l’applicazione di tecnologie geologiche come l’efficiente guida petrolifera mediante anidride carbonica. Utilizzare tecnologie chimiche come l'anidride carbonica più l'idrogeno per ottenere metanolo. Implementare lo stoccaggio geologico dell’anidride carbonica in base alle condizioni locali.

02 Percorsi di transizione verso l’energia da carbone a basse emissioni di carbonio

L’espansione dell’energia pulita, compresa l’energia idroelettrica, eolica e solare, è la chiave per realizzare i progetti di alimentazione a basse emissioni di carbonio. Dopo aver soddisfatto la crescente domanda di energia, è necessaria un’ulteriore sostituzione dell’attuale energia a carbone per la transizione energetica a basse emissioni di carbonio. Dopo il 2030, l’energia non fossile sostituirà l’attuale energia a carbone e diventerà la parte principale della fornitura elettrica; e dopo il 2050, la quota di produzione di energia elettrica da carbone sarà inferiore al 5% rispetto alla fornitura elettrica totale della Cina.

Secondo uno studio della Renmin University of China sulle prospettive di sviluppo della transizione cinese a basse emissioni di carbonio dell’energia dal carbone, questa può essere suddivisa nelle seguenti tre fasi:

1, Da ora al 2030 come periodo di preparazione per una transizione a basse emissioni di carbonio, la capacità di energia da carbone continuerà a crescere moderatamente prima del 2030, allo stesso tempo, la nuova energia diventerà la maggior parte dell’aumento della fornitura di energia e la quota di energia eolica e solare la capacità installata sarà superiore al 40% entro il 2030.

2, Anno 2030-2045 come periodo di rapida transizione, dopo il 2030, la quota di energia eolica e solare supererà rapidamente quella dell’energia a carbone, diventando la principale fonte di energia del sistema energetico. Le centrali elettriche a carbone devono essere abbinate alla tecnologia della biomassa, alla CCUS e ad altre tecnologie pulite a basse emissioni di carbonio, riducendo così le emissioni di carbonio.

3, Anno 2045-2060 come periodo di rafforzamento e miglioramento dell'alimentazione elettrica, entro il 2050 la domanda di elettricità sarà saturata, l'energia dal carbone sarà completamente trasformata in una fornitura di energia di aggiustamento, servendo la digestione e l'assorbimento della principale potenza dell'energia eolica-solare e fornendo energia di emergenza e di riserva.

Ecco un esempio di una base di potere nel deserto di Kubuqi. La capacità totale pianificata della base elettrica di Kubuqi è di 16 milioni di kilowatt, compresa l'energia fotovoltaica di 8 milioni di kilowatt, l'energia eolica di 4 milioni di kilowatt e la capacità avanzata di energia a carbone ad alta efficienza di 4 milioni di kilowatt. I progetti di energia solare realizzati sono spettacolari, con 2 milioni di kW di capacità fotovoltaica installata già in funzione. Se tutti i progetti venissero completati, si stima che circa 40 miliardi di kWh di elettricità potrebbero essere consegnati a milioni di famiglie all’anno, di cui l’energia pulita rappresenterebbe oltre il 50% del totale, il che equivale a risparmiare circa 6 milioni di tonnellate di energia elettrica. carbone standard e riducendo le emissioni di anidride carbonica di circa 16 milioni di tonnellate all’anno. Si prevede che saranno in arrivo altre basi di energia pulita. Primi pannelli solari costruiti Pannelli solari un anno dopo Base di energia solare cinque anni dopo

Per quanto riguarda i veicoli elettrici e le relative infrastrutture di ricarica, secondo le statistiche, alla fine di maggio 2024, il numero totale di infrastrutture di ricarica per veicoli elettrici si era accumulato fino a 9,92 milioni di unità in tutta la Cina, con un aumento del 56% su base annua. Tra questi, le strutture di ricarica pubbliche e il settore privato sono aumentati rispettivamente a 3,05 milioni di unità e 6,87 milioni, con tassi di crescita rispettivamente del 46% e del 61% su base annua. Ciò significa che la Cina ha costruito la più grande rete di infrastrutture di ricarica al mondo, coprendo la più ampia area di servizio e la più ampia gamma di tipologie di ricarica.

Rilasciato un metodo verde altamente efficiente ed economico per il riciclaggio di LCO e LIB ternarie

2023-09-16 | Jerry Huang

Nota dell'editore: le batterie agli ioni di litio sono ora ampiamente utilizzate in una varietà di dispositivi elettronici, veicoli elettrici e accumulo di energia su scala di rete. La domanda globale di batterie agli ioni di litio continua a crescere in modo significativo. Si stima che entro il 2030 il volume globale di batterie agli ioni di litio esaurite supererà gli 11 milioni di tonnellate, che diventeranno un’enorme fonte di inquinamento che potrebbe minacciare seriamente l’ambiente e la salute pubblica. Allo stesso tempo, la crescente domanda di batterie agli ioni di litio si traduce in una crescente domanda di litio e cobalto. D'altra parte, il contenuto di litio e cobalto nei catodi LIB è rispettivamente pari al 15% e al 7% in peso, un valore molto superiore a quello dei minerali e delle salamoie. Pertanto, il recupero degli elementi metallici nei catodi LIB esausti è di grande importanza ambientale, sociale ed economica. Attualmente il recupero delle batterie agli ioni di litio si divide principalmente in tre fasi: pretrattamento, estrazione del metallo e separazione del metallo. Nella ricerca e nello sviluppo della fase di estrazione dei metalli del processo di riciclaggio, il processo idrometallurgico è una delle opzioni più praticabili grazie all'elevato tasso di lisciviazione dei metalli e alla purezza soddisfacente dei prodotti recuperati. Tuttavia, il processo non è così rispettoso dell'ambiente, né altamente economico, perché l'uso di acidi inorganici porta sottoprodotti pericolosi; mentre gli acidi organici richiedono agenti riducenti aggiuntivi o tempi di reazione più lunghi e temperature più elevate per il recupero del metallo.

I ricercatori del team di Zhong Lin Wang ci presentano un possibile metodo ecologico, altamente efficiente ed economico per riciclare le LIB, comprese le batterie all’ossido di litio cobalto (LCO) e le batterie al litio ternarie.

Astratto

Con la tendenza globale verso la neutralità del carbonio, la domanda di batterie agli ioni di litio (LIB) è in continuo aumento. Tuttavia, gli attuali metodi di riciclaggio delle LIB esaurite necessitano di miglioramenti urgenti in termini di ecocompatibilità, costi ed efficienza. Qui proponiamo un metodo meccano-catalitico, denominato elettrocatalisi a contatto, che utilizza radicali generati dall'elettrificazione a contatto per promuovere la lisciviazione del metallo sotto l'onda ultrasonica. Usiamo anche SiO2 come catalizzatore riciclabile nel processo. Per le batterie all’ossido di litio cobalto (III), l’efficienza di lisciviazione ha raggiunto il 100% per il litio e il 92,19% per il cobalto a 90 °C entro 6 ore. Per le batterie al litio ternarie, le efficienze di lisciviazione di litio, nichel, manganese e cobalto hanno raggiunto rispettivamente il 94,56%, 96,62%, 96,54% e 98,39% a 70°C, entro 6 ore. Prevediamo che questo metodo possa fornire un approccio ecologico, ad alta efficienza ed economico per il riciclaggio LIB, soddisfacendo la domanda in crescita esponenziale di produzioni LIB.

Riferimento

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

Rilasciato un metodo efficiente, ecologico ed economico per il riciclaggio delle batterie LFP

2023-09-16 | Jerry Huang

Nota dell'editore: le batterie agli ioni di litio sono ora ampiamente utilizzate in una varietà di dispositivi elettronici, veicoli elettrici e accumulo di energia su scala di rete. La domanda globale di batterie agli ioni di litio continua a crescere in modo significativo. Si stima che entro il 2030 il volume globale di batterie agli ioni di litio esaurite supererà gli 11 milioni di tonnellate, che diventeranno un’enorme fonte di inquinamento che potrebbe minacciare seriamente l’ambiente e la salute pubblica. Allo stesso tempo, la crescente domanda di batterie agli ioni di litio si traduce in una crescente domanda di litio e cobalto. D'altra parte, il contenuto di litio e cobalto nei catodi LIB è rispettivamente pari al 15% e al 7% in peso, un valore molto superiore a quello dei minerali e delle salamoie. Pertanto, il recupero degli elementi metallici nei catodi LIB esausti è di grande importanza ambientale, sociale ed economica. Attualmente il recupero delle batterie agli ioni di litio si divide principalmente in tre fasi: pretrattamento, estrazione del metallo e separazione del metallo. Nella ricerca e nello sviluppo della fase di estrazione dei metalli del processo di riciclaggio, il processo idrometallurgico è una delle opzioni più praticabili grazie all'elevato tasso di lisciviazione dei metalli e alla purezza soddisfacente dei prodotti recuperati. Tuttavia, il processo non è così rispettoso dell'ambiente, né altamente economico, perché l'uso di acidi inorganici porta sottoprodotti pericolosi; mentre gli acidi organici richiedono agenti riducenti aggiuntivi o tempi di reazione più lunghi e temperature più elevate per il recupero del metallo.

I ricercatori del team di Zhong Lin Wang ci offrono un possibile metodo ecologico, altamente efficiente ed economico per riciclare le LIB, in particolare le batterie LFP.

Astratto

Il riciclaggio delle batterie al litio ferro fosfato (LFP), che rappresentano oltre il 32% della quota di mercato mondiale delle batterie agli ioni di litio (LIB), ha attirato l’attenzione a causa delle preziose risorse degli elementi e delle preoccupazioni ambientali. Tuttavia, le tecnologie di riciclaggio all’avanguardia, che in genere si basano su metodi elettrochimici o di lisciviazione chimica, presentano problemi critici come procedure noiose, enorme consumo di prodotti chimici/elettricità e inquinamento secondario. Qui riportiamo un innovativo sistema autoalimentato composto da un reattore di riciclaggio elettrochimico LIB e un nanogeneratore triboelettrico (TENG) per il riciclaggio di LFP esaurito. Nel reattore di riciclaggio elettrochimico LIB, la coppia Cl−/ClO− generata elettrochimicamente nella soluzione NaCl viene adottata come mediatore redox per scomporre l'LFP in FePO4 e Li+ tramite la reazione di targeting redox senza sostanze chimiche aggiuntive. Inoltre, un TENG che utilizza componenti scartati dalle LIB, inclusi involucri, pellicole di alluminio-plastica e collettori di corrente, è progettato per ridurre drasticamente gli inquinanti secondari. Inoltre, il TENG raccoglie energia eolica, fornendo una potenza di 0,21 W per alimentare il sistema di riciclaggio elettrochimico e caricare le batterie. Pertanto, il sistema proposto per il riciclaggio dell'LFP esaurito presenta elevata purezza (Li2CO3, 99,70% e FePO4, 99,75%), caratteristiche autoalimentate, procedura di trattamento semplificata e un elevato profitto, che possono promuovere la sostenibilità delle tecnologie LIB.

Riferimento

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

Batterie agli ioni di litio a carica rapida da 50 °C utilizzando un anodo di grafite

2022-11-01 |

Astratto

Le batterie agli ioni di litio hanno fatto breccia nel mercato dei veicoli elettrici con densità di energia elevate, ma soffrono ancora di una cinetica lenta limitata dall'anodo di grafite. Qui vengono progettati elettroliti che consentono una ricarica estremamente rapida (XFC) di un anodo di grafite microdimensionato senza placcatura al litio. La caratterizzazione e le simulazioni complete sulla diffusione di Li+ nell'elettrolita sfuso, nel processo di trasferimento di carica e nell'interfase dell'elettrolita solido (SEI) dimostrano che un'elevata conduttività ionica, una bassa energia di desolvatazione di Li+ e la SEI protettiva sono essenziali per XFC. In base al criterio, vengono progettati due elettroliti a carica rapida: LiFSI a bassa tensione da 1,8 m in 1,3-diossolano (per celle LiFePO4||grafite) e LiPF6 ad alta tensione da 1,0 m in una miscela di 4-fluoroetilene carbonato e acetonitrile (7:3 per vol) (per celle di grafite LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||). Il primo elettrolita consente all'elettrodo di grafite di raggiungere 180 mAh g−1 a 50°C (1C = 370 mAh g−1), che è 10 volte superiore a quello di un elettrolita convenzionale. Quest'ultimo elettrolita consente alle celle di LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2|| di grafite (2 mAh cm−2, rapporto N/P = 1) di fornire una capacità reversibile da record di 170 mAh g−1 a 4°C di carica e 0,3°C di scarica . Questo lavoro svela i meccanismi chiave per XFC e fornisce istruttivi principi di progettazione degli elettroliti per pratici LIB a ricarica rapida con anodi di grafite.

Riferimenti

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

Batteria agli ioni di litio ad alta tensione e alta densità energetica, a basso costo e priva di metallo

2022-07-10 | Jerry Huang

Nota del redattore: i ricercatori segnalano un'innovativa elettrochimica ad alta tensione ad alta densità di energia della batteria agli ioni di litio che è economica e priva di metalli (rispettosa dell'ambiente). Questa batteria organica agli ioni di litio di classe 4 V presenta un'elevata capacità teorica e un alto voltaggio, mentre i loro pratici materiali catodici ed elettroliti rimangono inesplorati.

Le piccole molecole organiche redox-attive sono applicabili ai catodi di batterie agli ioni di litio ad alta tensione (> 4 V)?

Di: Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Kazuyuki Iwase, Yoshiyuki Gambe, Itaru Honma | Pubblicato per la prima volta: 10 marzo 2022 su Advanced Science

4 batterie organiche agli ioni di litio di classe V

Mentre le batterie organiche agli ioni di litio hanno attirato grande attenzione a causa delle loro elevate capacità teoriche, i materiali catodici organici ad alta tensione rimangono inesplorati. Nell'articolo numero 2200187, Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Itaru Honma e colleghi riferiscono l'elettrochimica dell'acido croconico ad alta tensione. Indagini teoriche e sperimentali confermano che i due enolati nell'acido croconico mostrano circa 4 V redox, che possono essere utilizzati per l'accumulo di energia.

Astratto

Mentre le batterie organiche hanno attirato grande attenzione a causa delle loro elevate capacità teoriche, i materiali attivi organici ad alta tensione (> 4 V vs Li/Li+) rimangono inesplorati. Qui, i calcoli della teoria funzionale della densità sono combinati con misurazioni della voltammetria ciclica per studiare l'elettrochimica dell'acido croconico (CA) da utilizzare come materiale catodico per batterie agli ioni di litio sia negli elettroliti dimetilsolfossido che γ-butirrolattone (GBL). I calcoli DFT dimostrano che il sale di dilitio CA (CA–Li2) ha due gruppi enolati che subiscono reazioni redox superiori a 4,0 V e una densità di energia teorica a livello di materiale di 1949 Wh kg–1 per la conservazione di quattro ioni di litio in GBL, superando il valore di entrambi materiali catodici inorganici convenzionali e noti. Le misurazioni della voltammetria ciclica rivelano una reazione redox altamente reversibile da parte del gruppo enolato a ≈4 V in entrambi gli elettroliti. I test sulle prestazioni della batteria di CA come catodo della batteria agli ioni di litio in GBL mostrano due plateau di tensione di scarica a 3,9 e 3,1 V e una capacità di scarica di 102,2 mAh g–1 senza perdita di capacità dopo cinque cicli. Con le tensioni di scarica più elevate rispetto alle piccole molecole organiche note e all'avanguardia, CA promette di essere un candidato materiale catodico di prim'ordine per le future batterie organiche agli ioni di litio ad alta densità di energia.

Riferimenti:

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

Svelata una tecnologia rivoluzionaria di LFP a bassa temperatura

2022-04-19 | Jerry Huang

Il 15 aprile, un team di ricerca e sviluppo di Changzhou Liyuan New Energy Co ha annunciato a Nanchino che l'azienda aveva compiuto un passo avanti tecnologico sul materiale catodico LFP, che ha migliorato significativamente le prestazioni dell'LFP, nonché la velocità di carica, a bassa temperatura.

Un veicolo elettrico alimentato da una batteria LFP convenzionale ha il suo ovvio svantaggio di ansia da autonomia, ovvero la sua autonomia è spesso circa il 50% della sua gamma NEDC / WLTP / EPA dichiarata a basse temperature come -20 ℃.

Si dice che il nuovo materiale LFP, "LFP-1", sia stato sviluppato da più di 20 esperti di ricerca e sviluppo del suo centro di ricerca di Shenzhen dopo oltre 2.000 esperimenti ripetuti in otto anni e il team di ricerca e sviluppo ha vinto 5 brevetti con esso.

Si dice che le prestazioni rivoluzionarie di "LFP-1" siano ottenute stabilendo canali di trasporto degli ioni di litio ad alta velocità all'interno del materiale catodico insieme alla tecnologia all'avanguardia delle "sfere energetiche"; e le caratteristiche del materiale:

• Aumento del tasso di capacità di scarica della batteria LFP dal 55% all'85% a -20℃ gradi e da quasi zero al 57% a -40℃ gradi.

• Raggiungere un'autonomia di 500 chilometri in soli 15 minuti di ricarica rapida con velocità 4C. In confronto, un veicolo elettrico alimentato da una batteria LFP convenzionale richiede solitamente 40 minuti di ricarica rapida per raggiungere un'autonomia di circa 550 chilometri.

Il sodio sarà la prossima soluzione?

2022-04-08 | Jerry Huang

Nel 2020, i partecipanti al mercato dei veicoli elettrici hanno ipotizzato con entusiasmo che la diminuzione dei costi delle batterie al litio avrebbe portato a una rapida crescita delle vendite di veicoli elettrici in tutto il mondo, e davvero è stato così.

Quando si arriva al primo trimestre del 2022, la maggior parte di noi non è pronta ad affrontare la "follia di marzo", ha affermato Jow Lowry di Global Lithium LLC, su un drammatico aumento dei prezzi di carbonato di litio e idrossido di litio a febbraio e all'inizio Marzo. Tuttavia, ritiene che i prezzi elevati del litio non creeranno la distruzione della domanda dal mercato dei veicoli elettrici. “Abbiamo prezzi elevati del litio a causa della mancanza di investimenti che ha creato lo squilibrio tra domanda e offerta. Non credo che questo distruggerà la domanda. Credo che, più correttamente messo, trasmetterà la domanda. La rivoluzione dei veicoli elettrici sarà limitata in questo decennio dalla mancanza di fornitura di litio. Non ci sono dubbi su questo ora", afferma il signor Jow Lowry.

Nonostante i prezzi record del litio, anche molti altri materiali per batterie, come nichel, cobalto e alluminio, hanno subito un'ondata storica di aumento dei prezzi nel primo trimestre di quest'anno, che ha portato a un continuo aumento del costo della batteria e ad oltre 20 annunci OEM dei loro veicoli elettrici aumento di prezzo a marzo 2022.

Allora, dove sta andando la batteria al litio? Alcuni esperti affermano che le batterie al litio andranno a veicoli elettrici di fascia media e alta, elettronica di consumo, veicoli marittimi elettrici e veicoli aerei, ecc.

Che dire del livello base dei veicoli elettrici e dell'accumulo di energia? Le batterie al sodio saranno un'altra scelta per loro? C'è abbondante sodio e altre risorse sulla terra per le batterie al sodio, che si ritiene siano economiche e rispettose dell'ambiente. Esistono altre soluzioni di batterie altamente scalabili? Aspettiamo e vediamo quali saranno i prossimi progressi della ricerca.

Gara di chimica cellulare: sistemi al litio contro sodio

2021-12-08 | Jerry Huang

La ricerca dedicata alle batterie litio-zolfo (Li/S ₈ ) e litio-ossigeno (Li/O ₂ ) a temperatura ambiente è notevolmente aumentata negli ultimi dieci anni. La corsa allo sviluppo di tali sistemi cellulari è principalmente motivata dall'altissima densità energetica teorica e dall'abbondanza di zolfo e ossigeno. La chimica cellulare, tuttavia, è complessa e il progresso verso lo sviluppo pratico di dispositivi rimane ostacolato da alcune questioni chiave fondamentali, che sono attualmente affrontate da numerosi approcci.

Sorprendentemente, non si sa molto sugli analoghi sistemi di batterie a base di sodio, sebbene le batterie Na/S ₈ e Na/NiCl _{2 ad} alta temperatura già commercializzate suggeriscano che una batteria ricaricabile a base di sodio è fattibile su larga scala. Inoltre, l'abbondanza naturale di sodio è un vantaggio interessante per lo sviluppo di batterie basate su componenti a basso costo.

Questa recensione fornisce una sintesi dello stato dell'arte delle conoscenze sulle batterie litio-zolfo e litio-ossigeno e un confronto diretto con gli analoghi sistemi al sodio. Le proprietà generali, i principali vantaggi e le sfide, le strategie recenti per il miglioramento delle prestazioni e le linee guida generali per ulteriori sviluppi sono riassunte e discusse in modo critico. In generale, la sostituzione del litio con il sodio ha un forte impatto sulle proprietà complessive della reazione cellulare e si possono quindi prevedere differenze nel trasporto ionico, stabilità di fase, potenziale dell'elettrodo, densità di energia, ecc.

Se queste differenze trarranno beneficio da una chimica cellulare più reversibile è ancora una questione aperta, ma alcuni dei primi rapporti sulle _{celle Na/S 8} e Na/O _{2 a} temperatura ambiente mostrano già alcune interessanti differenze rispetto alle consolidate Li/S ₈ e Li / O ₂ sistemi.

Le batterie ricaricabili agli ioni di litio (LIB) sono diventate rapidamente la forma più importante di accumulo di energia per tutte le applicazioni mobili dalla loro commercializzazione all'inizio degli anni '90. Ciò è dovuto principalmente alla loro densità di energia senza rivali che supera facilmente altri sistemi di batterie ricaricabili come metallo-idruro o piombo-acido. Tuttavia, la continua necessità di immagazzinare l'elettricità in modo ancora più sicuro, compatto e conveniente richiede una continua ricerca e sviluppo.

La necessità di uno stoccaggio di energia stazionario a basso costo è diventata un'ulteriore sfida, che stimola anche la ricerca su batterie alternative. I maggiori sforzi sono diretti al miglioramento continuo delle diverse tecnologie agli ioni di litio, ad esempio mediante confezionamento, lavorazione, elettroliti migliori e materiali ottimizzati per gli elettrodi. Sebbene negli ultimi anni siano stati compiuti progressi significativi rispetto alla densità di potenza, l'aumento della densità di energia (volumetrica e gravimetrica) è stato relativamente piccolo. Un confronto tra diverse tecnologie di batterie rispetto alle loro densità di energia è mostrato nella Figura 1.

Figura 1: Densità energetiche teoriche e (stimate) pratiche di diverse batterie ricaricabili: Pb–acido – piombo acido, NiMH – nichel metal idruro, Na-ion – stima derivata dai dati per Li-ion assumendo una tensione di cella leggermente inferiore, Li- ion – media su diversi tipi, HT-Na/S ₈ – batteria sodio–zolfo ad alta temperatura, Li/S ₈ e Na/S ₈ – batteria litio–zolfo e sodio–zolfo assumendo Li ₂ S e Na2S come prodotti di scarica, Li /O ₂ e Na/O ₂ – batteria litio-ossigeno (i valori teorici includono il peso dell'ossigeno e dipendono dalla stechiometria del prodotto di scarica assunto, cioè ossido, perossido o superossido). Si noti che i valori per le densità energetiche pratiche possono variare ampiamente a seconda del design della batteria (dimensioni, alta potenza, alta energia, singola cella o batteria) e dallo stato di sviluppo. Tutti i valori per le densità energetiche pratiche si riferiscono al livello della cella (eccetto Pb–acido, 12 V). I valori per le _{batterie Li/S 8} e Li/O ₂ sono stati presi dalla letteratura (citati nel testo principale) e sono usati per stimare le densità di energia per le celle _{Na/S 8} e Na/O _2. Delle suddette tecnologie, fino ad oggi sono state commercializzate solo le tecnologie piombo acido, NiMH, ioni di litio e Na/S _{8 ad alta temperatura.}

Riferimenti:

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

Tetrafluoroborato di litio (LiBF4) come additivo elettrolitico per batterie agli ioni di litio

2021-12-05 | Jerry Huang

Viene studiato il tetrafluoroborato di litio (LiBF ₄ ) utilizzato come additivo elettrolitico per migliorare le prestazioni di ciclo della cella LiNi _0,5 Co _0,2 Mn _0,3 O ₂ /grafite (NMC532) a una tensione operativa più elevata.

Con l'aggiunta dell'1,0% in peso di LiBF4 nell'elettrolita, la ritenzione della capacità della batteria agli ioni di litio dopo 100 cicli è stata notevolmente migliorata dal 29,2% al 90,1% nella tensione di 3,0 V-4,5 V. Per comprendere il meccanismo del miglioramento della conservazione della capacità ad alta vengono esaminate il funzionamento in tensione, le proprietà comprese le prestazioni della cella, il comportamento dell'impedenza e le caratteristiche delle proprietà dell'interfaccia dell'elettrodo.

Si è scoperto che era probabile che LiBF4 partecipasse alla formazione del film di interfaccia su entrambi gli elettrodi. Le migliori prestazioni della cella sono attribuite alla modifica dei componenti dello strato di interfaccia sull'anodo di grafite e sul catodo LiNi _0.5 Co _0.2 Mn _0.3 O ₂ , che porta ad abbassare l'impedenza interfacciale.

Fonte: Zuo, Xiaoxi e Fan, Chengjie e Liu, Jiansheng e Xiao, Xin e Wu, Junhua e Nan, Junmin. (2013). Tetrafluoroborato di litio come additivo elettrolitico per migliorare le prestazioni ad alta tensione della batteria agli ioni di litio. Giornale della Società Elettrochimica. 160. A1199-A1204. 10.1149/2.066308jes. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/2.066308jes

Difluorofosfato di litio vs difluorofosfato di sodio come additivi per elettroliti agli ioni di litio

2021-11-24 | Jerry Huang

Il difluorofosfato di litio (LiDFP, LFO) è molto utile come additivo elettrolitico per migliorare le prestazioni del ciclo di vita della batteria agli ioni di litio e il mantenimento della capacità di scarica ad alta temperatura, oltre a ridurre l'autoscarica. Mentre il difluorofosfato di sodio ha prestazioni simili nella cella della batteria NMC532? Diamo un'occhiata a un articolo pubblicato sul Journal of The Electrochemical Society nel 2020.

Conclusione: sono stati sintetizzati e valutati tre nuovi additivi elettrolitici sali di difluorofosfato in cellule a sacchetto NMC532/grafite. Il difluorofosfato di ammonio (AFO) viene prontamente preparato tramite una reazione da banco allo stato solido di fluoruro di ammonio e pentossido di fosforo che richiede solo un leggero riscaldamento per iniziare. La migliore resa di difluorofosfato di sodio (NaFO) nel presente studio è stata ottenuta facendo reagire acido difluorofosforico e carbonato di sodio in 1,2-diemetossietano su setacci molecolari da 3 , un agente essiccante molto forte. Il tetrametilammonio difluorofosfato (MAFO) è stato preparato da NaFO tramite scambio cationico con tetrametilammonio cloruro.

Si dice che il NaFO sia un ottimo additivo elettrolitico, con prestazioni simili nelle celle NMC532/gr come il più noto additivo al difluorofosfato di litio (LFO), ciascuno dei quali mostra una ritenzione della capacità di scarica di ~ 90% dopo più di 1.500 cicli a 40 ° C. La stabilità a lungo termine durante il ciclo tra 3,0-4,3 V si confronta favorevolmente con, ma comunque è inferiore alle celle di riferimento 2%VC 1% DTD riportate da Harlow et al., che hanno una ritenzione di capacità ∼94% dopo 1.500 cicli. La natura benefica di entrambi gli additivi è attribuibile all'anione difluorofosfato. Al contrario, AFO e MAFO risultano essere additivi elettrolitici poveri. Si suggerisce che ciò sia dovuto alla formazione di nitruro di litio per il primo. Non è noto perché i cationi tetrametilammonio abbiano un effetto negativo sulla stabilità cellulare.

Riferimenti:

1. Sintesi e valutazione degli additivi elettrolitici di sale difluorofosfato per batterie agli ioni di litio, Journal of The Electrochemical Society, 2020 167 100538, David S. Hall, Toren Hynes, Connor P. Aiken e JR Dahn