저탄소 전력공급 시스템 구축 기대

2024-07-21 | Jerry Huang

2024년 7월 15일, 중국 국가발전개혁위원회(NDRC)와 국가에너지국(NEA)은 '저탄소 석탄발전소 전환 및 건설 프로그램(2024~2027)'을 발표했습니다. 여기에는 2025년까지 다음과 같은 내용이 명시되어 있습니다. , 최초의 석탄 발전소의 저탄소 전환 프로젝트가 모두 시작되고 다양한 저탄소 발전 기술이 적용됩니다. 관련 프로젝트의 탄소배출량은 2023년 대비 킬로와트시당 약 20% 감소할 예정이다. 이는 기존 선진 석탄발전소의 탄소배출량보다 훨씬 낮은 수준으로, 깨끗하고 낮은 환경을 위한 귀중한 경험을 모색할 것이다. -석탄발전소의 탄소 전환. 기존 석탄발전소의 저탄소 전환과 신규 저탄소 석탄발전소 건설을 조화롭게 적용하여 깨끗하고, 저탄소이며, 안전하고, 높은 신에너지 시스템 구축을 가속화하고자 합니다. 효율적인.

관련 예측에 따르면 2030년까지 석탄발전소의 CO2 배출량은 약 40억 톤에 달할 것으로 예상됩니다. 따라서 석탄 발전 산업의 저탄소 기술은 중국의 '2030~2060년 탄소 정점 및 탄소 중립' 목표를 달성하기 위한 핵심 지원입니다. 그렇다면 석탄발전산업은 어떻게 탈탄소화를 달성할 수 있을까?

01 석탄발전 탈탄소 전환 및 공법

저탄소 전환 및 석탄 발전소 건설 프로그램(2024~2027)에 따르면 석탄 발전을 저탄소화로 전환하는 세 가지 구체적인 방법이 있습니다.

1, 바이오매스 혼합. 농림축산폐기물, 폐식물, 신재생에너지작물 등 바이오매스 자원을 활용하고, 바이오매스 자원의 지속가능한 공급, 안전성, 유연성, 운영 효율성, 경제성 등을 고려하여 석탄화력발전소와 바이오매스를 결합해야 한다. 발전. 전환 및 건설 후에 석탄 발전소는 바이오매스 연료를 10% 이상 혼합할 수 있어야 하며, 이를 통해 석탄 소비와 탄소 배출을 크게 줄여야 합니다.

2, 녹색 암모니아 혼합. 석탄 발전 장치와 녹색 암모니아 혼합을 사용하여 전기를 생산하고 석탄의 일부를 대체합니다. 석탄발전소는 변환 및 건설 후 녹색 암모니아를 10% 이상 연소할 수 있어야 하며, 목표는 석탄 소비 및 탄소 배출 수준을 분명히 줄일 수 있다는 것입니다.

3, 탄소 포집, 활용 및 저장. 석탄 연소 보일러의 배가스에서 이산화탄소를 분리하고 포집하기 위해 화학적 방법, 흡착, 막 및 기타 기술을 채택합니다. 압력과 온도 조절을 통해 이산화탄소를 포집, 정화, 압축합니다. 이산화탄소를 이용한 효율적인 석유 운전 등 지질학적 기술의 응용을 촉진합니다. 메탄올을 얻기 위해 이산화탄소와 수소 등의 화학 기술을 사용합니다. 지역적 여건에 따라 이산화탄소의 지질학적 저장을 실시한다.

02 저탄소 석탄발전의 전환 경로

수력, 풍력, 태양광 등 청정에너지 확대는 저탄소 전력공급 청사진 실현의 핵심이다. 증가하는 전력수요를 충족한 후, 저탄소 전력전환을 위해서는 기존 석탄발전의 추가 교체가 필요합니다. 2030년 이후에는 비화석 에너지 발전이 기존 석탄 발전을 대체하고 전력 공급의 주요 부분이 될 것입니다. 2050년 이후에는 중국 전체 전력 공급에서 석탄 화력 발전이 차지하는 비중이 5% 미만이 될 것입니다.

중국 런민대학교의 중국 석탄발전 저탄소 전환 발전 전망 연구에 따르면, 이는 다음 세 단계로 나눌 수 있다.

1, 저탄소 전환을 위한 준비 기간인 지금부터 2030년까지 석탄 발전 용량은 2030년 이전에 여전히 완만하게 증가할 것입니다. 동시에 신에너지가 전력 공급 증가의 대부분이 되고 풍력 및 태양광 발전의 비중이 높아질 것입니다. 2030년까지 설치 용량은 40% 이상 증가할 것입니다.

2030~2045년은 급속한 전환기로, 2030년 이후에는 풍력 및 태양광 발전의 비중이 석탄 발전의 비중을 급격히 넘어서며 전력 시스템의 주요 전력원이 될 것입니다. 석탄발전소에는 바이오매스 기술, CCUS 등 청정 저탄소 기술을 접목해 탄소 배출을 줄여야 합니다.

3, 2045년 - 2060년은 전력 공급 강화 및 개선 기간으로 2050년까지 전력 수요가 포화되고 석탄 전력이 완전히 조정 전력 공급으로 전환되어 풍력-태양 에너지의 주요 전력의 소화 흡수를 담당하게 됩니다. , 비상 및 예비 전력을 제공합니다.

다음은 쿠부치 사막의 세력 기지의 예입니다. 쿠부치 발전소의 총 계획 용량은 태양광 발전 800만kW, 풍력 400만kW, 첨단 고효율 석탄 발전 용량 400만kW를 포함해 1,600만kW이다. 건설된 태양광 발전 프로젝트는 이미 운영 중인 2M kW의 설치된 태양광 발전 용량을 포함하여 매우 훌륭합니다. 모든 프로젝트가 완전히 완료되면 연간 약 400억kWh의 전력을 수백만 가구에 공급할 수 있으며, 청정에너지가 전체의 50% 이상을 차지해 약 600만톤의 전력을 절약하는 효과가 있다. 표준 석탄을 사용하고 매년 약 1,600만 톤의 이산화탄소 배출을 줄입니다. 더 많은 청정에너지 기반이 건설될 예정입니다. 태양광 패널 최초로 제작 1년 후 태양광 패널 5년 후 태양광 발전 기지

통계에 따르면 EV 및 충전 인프라의 경우 2024년 5월 말까지 중국 전역의 EV 충전 인프라 총 수가 992만 대에 달해 전년 대비 56% 증가했습니다. 이 중 공공충전소와 민간충전시설은 각각 305만대, 687만대로 증가해 전년동기대비 각각 46%, 61% 증가했다. 이는 중국이 가장 넓은 서비스 지역과 다양한 충전 유형을 포괄하는 세계 최대 규모의 충전 인프라 네트워크를 구축했음을 의미합니다.

LCO 및 3원계 LIB 재활용을 위한 친환경 고효율 및 경제적인 방법 출시

2023-09-16 | Jerry Huang

편집자 주: 리튬 이온 배터리는 이제 다양한 전자 장치, EV 및 그리드 규모 에너지 저장 장치에 널리 사용됩니다. 리튬 이온 배터리에 대한 전 세계 수요는 계속해서 크게 증가하고 있습니다. 2030년에는 전 세계적으로 폐 리튬이온 배터리의 양이 1,100만톤을 초과할 것으로 추산되며, 이는 환경과 국민 건강을 심각하게 위협할 수 있는 거대한 오염원이 될 것입니다. 동시에 리튬이온 배터리 수요 증가는 리튬과 코발트 수요 증가로 이어진다. 반면 LIB 양극재의 리튬과 코발트 함량은 각각 15%와 7%로 광석과 염수에 비해 훨씬 높다. 따라서 폐 LIB 음극에서 금속 원소를 회수하는 것은 환경적, 사회적, 경제적 중요성이 큽니다. 현재 리튬이온 배터리 회수는 크게 전처리, 금속 추출, 금속 분리의 3단계로 나누어진다. 재활용 공정 중 금속 추출 단계의 연구 개발에서 습식 제련 공정은 금속 침출 속도가 높고 회수된 제품의 순도가 만족스럽기 때문에 가장 실행 가능한 옵션 중 하나입니다. 그러나 무기산을 사용하면 위험한 부산물이 발생하기 때문에 이 공정은 환경 친화적이지도, 경제성도 높지 않습니다. 유기산은 금속 회수를 위해 추가 환원제나 더 긴 반응 시간 및 더 높은 온도가 필요합니다.

Zhong Lin Wang 팀의 연구원들은 리튬 코발트 산화물 배터리(LCO) 및 삼원계 리튬 배터리를 포함한 LIB를 재활용할 수 있는 친환경적이고 효율적이며 경제적인 방법을 제시합니다.

추상적인

전 세계적인 탄소 중립 추세에 따라 리튬이온전지(LIB) 수요가 지속적으로 증가하고 있습니다. 그러나 현재 폐 LIB의 재활용 방식은 친환경성, 비용, 효율성 측면에서 개선이 시급하다. 여기서 우리는 접촉 전기화에 의해 생성된 라디칼을 활용하여 초음파 하에서 금속 침출을 촉진하는 접촉 전기 촉매라고 불리는 기계 촉매 방법을 제안합니다. 우리는 또한 공정에서 재활용 가능한 촉매로 SiO2를 사용합니다. 리튬 코발트(III) 산화물 배터리의 경우 침출 효율은 6시간 이내에 90°C에서 리튬의 경우 100%, 코발트의 경우 92.19%에 도달했습니다. 삼원 리튬 배터리의 경우 리튬, 니켈, 망간 및 코발트의 침출 효율은 70°C에서 6시간 이내에 각각 94.56%, 96.62%, 96.54% 및 98.39%에 도달했습니다. 우리는 이 방법이 LIB 재활용을 위한 환경 친화적이고 효율성이 높으며 경제적인 접근 방식을 제공하여 기하급수적으로 증가하는 LIB 생산 수요를 충족할 수 있을 것으로 기대합니다.

참조

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

LFP 배터리 재활용을 위한 효율적이고 친환경적인 방법 출시

2023-09-16 | Jerry Huang

편집자 주: 리튬 이온 배터리는 이제 다양한 전자 장치, EV 및 그리드 규모 에너지 저장 장치에 널리 사용됩니다. 리튬 이온 배터리에 대한 전 세계 수요는 계속해서 크게 증가하고 있습니다. 2030년에는 전 세계적으로 폐 리튬이온 배터리의 양이 1,100만 톤을 초과할 것으로 추산되며, 이는 환경과 국민 건강을 심각하게 위협할 수 있는 거대한 오염원이 될 것입니다. 동시에 리튬이온 배터리 수요 증가는 리튬과 코발트 수요 증가로 이어진다. 반면 LIB 양극재의 리튬과 코발트 함량은 각각 15%와 7%로 광석과 염수에 비해 훨씬 높다. 따라서 폐 LIB 음극에서 금속 원소를 회수하는 것은 환경적, 사회적, 경제적 중요성이 큽니다. 현재 리튬이온 배터리 회수는 크게 전처리, 금속 추출, 금속 분리의 3단계로 나누어진다. 재활용 공정의 금속 추출 단계에 대한 연구 개발에서 습식 제련 공정은 금속 침출 속도가 높고 회수된 제품의 순도가 만족스럽기 때문에 가장 실행 가능한 옵션 중 하나입니다. 그러나 무기산을 사용하면 위험한 부산물이 발생하기 때문에 이 공정은 환경 친화적이지도, 경제성도 높지 않습니다. 유기산은 금속 회수를 위해 추가 환원제나 더 긴 반응 시간 및 더 높은 온도가 필요합니다.

Zhong Lin Wang 팀의 연구원들은 LIB, 특히 LFP 배터리를 재활용할 수 있는 친환경적이고 효율적이며 경제적인 방법을 제시합니다.

추상적인

전 세계 리튬이온전지(LIB) 시장점유율의 32% 이상을 차지하는 리튬인산철전지(LFP)의 재활용은 귀중한 원소자원과 환경적 우려로 인해 주목을 받고 있다. 그러나 일반적으로 전기화학적 또는 화학적 침출 방식을 기반으로 하는 최첨단 재활용 기술은 지루한 절차, 막대한 화학/전기 소비, 2차 오염 등의 중요한 문제를 안고 있습니다. 여기에서는 전기화학적 LIB 재활용 반응기와 사용한 LFP 재활용을 위한 마찰 전기 나노발전기(TENG)로 구성된 혁신적인 자체 구동 시스템을 보고합니다. 전기화학적 LIB 재활용 반응기에서는 NaCl 용액에서 전기화학적으로 생성된 Cl-/ClO- 쌍을 산화환원 매개체로 채택하여 별도의 화학물질 없이 산화환원 표적화 반응을 통해 LFP를 FePO4와 Li+로 분해합니다. 또한 케이싱, 알루미늄-플라스틱 필름, 집전체 등 LIB의 폐기 부품을 활용하는 TENG는 2차 오염물질을 대폭 최소화하도록 설계되었습니다. 또한 TENG는 풍력 에너지를 수확하여 전기화학 재활용 시스템에 전력을 공급하고 배터리를 충전하기 위해 0.21W의 출력을 제공합니다. 따라서 제안된 폐 LFP 재활용 시스템은 고순도(Li2CO3, 99.70% 및 FePO4, 99.75%), 자가 동력 기능, 단순화된 처리 절차 및 높은 수익을 나타내어 LIB 기술의 지속 가능성을 촉진할 수 있습니다.

참조

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

흑연 양극을 사용한 50C 고속 충전 리튬 이온 배터리

2022-11-01 |

추상적인

리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도로 전기 자동차 시장에 진출했지만 여전히 흑연 양극에 의해 제한되는 느린 역학을 겪고 있습니다. 여기에서는 Li 도금 없이 초소형 흑연 음극의 XFC(Extreme Fast Charge)를 가능하게 하는 전해질을 설계합니다. 벌크 전해질에서 Li+의 확산, 전하 이동 과정 및 고체 전해질 계면(SEI)에 대한 포괄적인 특성화 및 시뮬레이션은 높은 이온 전도도, Li+의 낮은 탈용매 에너지 및 보호 SEI가 XFC에 필수적임을 보여줍니다. 기준에 따라 두 개의 급속 충전 전해질이 설계되었습니다. 1,3-디옥솔란(LiFePO4||흑연 전지용)의 저전압 1.8m LiFSI와 4-플루오로에틸렌 카보네이트와 아세토니트릴의 혼합물의 고전압 1.0m LiPF6입니다. (7:3 부피) (LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||흑연 전지의 경우). 전자의 전해질을 사용하면 흑연 전극이 50C(1C = 370mAh g-1)에서 기존 전해질보다 10배 높은 180mAh g-1을 달성할 수 있습니다. 후자의 전해질은 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||흑연 전지(2mAh cm-2, N/P 비율 = 1)가 4C 충전 및 0.3C 방전에서 170mAh g-1의 기록적인 가역 용량을 제공할 수 있도록 합니다. . 이 연구는 XFC의 핵심 메커니즘을 공개하고 흑연 양극이 있는 실용적인 급속 충전 LIB를 위한 유익한 전해질 설계 원칙을 제공합니다.

참고문헌

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

고전압 고에너지 밀도 리튬이온 배터리, 저렴하고 금속이 없는 것으로 보고됨

2022-07-10 | Jerry Huang

편집자 주: 연구원들은 경제적이고 금속이 없는(환경 친화적) 리튬 이온 배터리의 획기적인 고전압 고에너지 밀도 전기화학을 보고합니다. 이 4V급 유기 리튬 이온 배터리는 높은 이론 용량과 고전압을 특징으로 하지만 실제 양극 재료와 전해질은 아직 개발되지 않았습니다.

산화환원 활성 유기 소분자는 고전압(>4 V) 리튬 이온 배터리 음극에 적용할 수 있습니까?

작성자: 카츠야마 유토, 고바야시 히로아키, 이와세 카즈유키, 감베 요시유키, 혼마 이타루 | 초판: Advanced Science에 관한 2022년 3월 10일

4 V급 유기 리튬 이온 배터리

유기 리튬 이온 배터리는 높은 이론적 용량으로 인해 큰 관심을 끌었지만 고전압 유기 양극 재료는 아직 미개척 상태입니다. 기사 번호 2200187에서 Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Itaru Honma 및 동료들은 고전압에서 크로콘산의 전기화학을 보고합니다. 이론적 및 실험적 조사에 따르면 크로콘산의 두 엔올레이트는 에너지 저장에 활용될 수 있는 약 4V 산화환원을 나타냅니다.

추상적인

유기 배터리는 높은 이론적 용량으로 인해 큰 관심을 끌었지만 고전압 유기 활성 물질(> 4V vs Li/Li+)은 아직 탐사되지 않은 상태입니다. 여기에서 밀도 기능 이론 계산은 디메틸 설폭사이드 및 γ-부티로락톤(GBL) 전해질 모두에서 리튬 이온 배터리 음극 재료로 사용하기 위한 크로콘산(CA)의 전기화학을 조사하기 위해 순환 전압전류 측정과 결합됩니다. DFT 계산에 따르면 CA 딜리튬 염(CA–Li2)에는 4.0V 이상의 산화환원 반응을 겪는 2개의 에놀레이트 그룹과 GBL에 4개의 리튬 이온을 저장하기 위한 1949Wh kg–1의 물질 수준 이론 에너지 밀도가 있습니다. 기존의 무기 및 알려진 유기 음극 재료. 순환 전압 전류 측정은 두 전해질 모두에서 ≈4 V에서 에놀레이트 그룹에 의한 매우 가역적인 산화환원 반응을 나타냅니다. GBL의 리튬 이온 배터리 캐소드로서의 CA의 배터리 성능 테스트는 3.9 및 3.1V에서 2개의 방전 전압 안정기를 보여주고 5사이클 후에 용량 손실 없이 102.2mAh g-1의 방전 용량을 보여줍니다. 알려진 최첨단 유기 소분자에 비해 더 높은 방전 전압으로 CA는 미래의 고에너지 밀도 리튬 이온 유기 배터리의 주요 양극 재료 후보가 될 것을 약속합니다.

참조:

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

저온 LFP의 획기적인 기술 공개

2022-04-19 | Jerry Huang

4월 15일 Changzhou Liyuan New Energy Co의 R&D 팀은 난징에서 회사가 저온에서 LFP의 성능과 충전 속도를 크게 개선한 LFP 양극 재료에 대한 기술 혁신을 달성했다고 발표했습니다.

기존 LFP 배터리로 구동되는 EV는 범위 불안이라는 명백한 단점이 있습니다. 즉, -20℃와 같은 저온에서 범위가 주장하는 NEDC/WLTP/EPA 범위의 약 50%인 경우가 많습니다.

새로운 LFP 소재 "LFP-1"은 8년 동안 2,000번 이상의 반복 실험을 거쳐 심천 연구 센터의 20명 이상의 R&D 전문가가 개발했다고 주장하며 R&D 팀은 5개의 특허를 획득했습니다.

"LFP-1"의 획기적인 성능은 최첨단 "에너지 구체"기술과 함께 양극재 내부에 고속 리튬 이온 수송 채널을 구축하여 달성한 것으로 보고됩니다. 그리고 물질적 특징:

• LFP 배터리의 방전 용량 비율을 -20℃에서 55%에서 85%로, -40℃에서 거의 0에서 57%로 증가시킵니다.

• 단 15분의 4C 속도 급속 충전으로 500km를 주행할 수 있습니다. 이에 비해 기존의 LFP 배터리로 구동되는 EV는 약 550km의 주행 거리를 달성하기 위해 일반적으로 40분의 급속 충전이 필요합니다.

나트륨이 다음 솔루션이 될까요?

2022-04-08 | Jerry Huang

2020년에 EV 시장 관계자들은 리튬 배터리의 비용 절감이 전 세계적으로 EV 판매의 급속한 성장을 가져올 것이라고 흥분하게 추측했고 실제로 그렇게 했습니다.

Global Lithium LLC의 Mr. Jow Lowry는 2022년 1/4분기가 되면 2월과 초에 탄산리튬과 수산화리튬의 급격한 가격 인상에 대해 "3월의 광란"을 맞이할 준비가 되지 않았다고 말했습니다. 3월. 그러나 그는 높은 리튬 가격이 EV 시장의 수요 파괴를 일으키지 않을 것이라고 생각합니다. “투자 부족으로 인해 수급 불균형이 발생했기 때문에 리튬 가격이 높습니다. 나는 이것이 수요를 파괴할 것이라고 믿지 않는다. 더 정확하게 말하면 수요를 앞당길 것이라고 믿습니다. 전기차 혁명은 리튬 공급 부족으로 10년 안에 제한될 것이다. 이제 의심의 여지가 없습니다.”라고 Jow Lowry 씨는 말합니다.

기록적인 높은 리튬 가격에도 불구하고 니켈, 코발트, 알루미늄과 같은 다른 많은 배터리 재료도 올해 1분기에 역사적 가격 인상 물결을 겪었고, 그 결과 배터리 비용이 계속 증가했고 20개 이상의 OEM이 EV에 대해 발표했습니다. 2022년 3월 가격 인상.

그렇다면 리튬 배터리는 어디로 가고 있는 것일까? 일부 전문가들은 리튬 배터리가 중형 및 고급형 EV, 소비자 가전, 전기 해양 차량 및 항공 차량 등에 들어갈 것이라고 말합니다.

EV와 에너지 저장 장치의 보급형은 어떻습니까? 나트륨 화학 배터리가 그들에게 또 다른 선택이 될까요? 지구상에는 경제적이고 환경 친화적인 것으로 여겨지는 나트륨 배터리에 대한 풍부한 나트륨 및 기타 자원이 있습니다. 확장성이 뛰어난 다른 배터리 솔루션이 있습니까? 다음에 어떤 획기적인 연구 결과가 나올지 기대해 보겠습니다.

세포 화학 경쟁: 리튬 대 나트륨 시스템

2021-12-08 | Jerry Huang

실온 리튬-황(Li/S ₈ ) 및 리튬-산소(Li/O ₂ ) 배터리에 대한 연구가 지난 10년 동안 크게 증가했습니다. 그러한 세포 시스템을 개발하기 위한 경쟁은 주로 매우 높은 이론적 에너지 밀도와 풍부한 황 및 산소에 의해 동기가 부여됩니다. 그러나 전지 화학은 복잡하고 실제 장치 개발을 향한 진행은 현재 수많은 접근 방식으로 해결되고 있는 몇 가지 근본적인 핵심 문제로 인해 여전히 방해받고 있습니다.

놀랍게도, 유사한 나트륨 기반 배터리 시스템에 대해 많이 알려져 있지 않지만, 이미 상용화된 고온 Na/S ₈ 및 Na/NiCl ₂ 배터리는 나트륨 기반 충전식 배터리가 대규모로 실현 가능함을 시사합니다. 더욱이, 자연적으로 풍부한 나트륨은 저가 부품을 기반으로 하는 배터리 개발에 매력적인 이점입니다.

이 리뷰는 리튬-황 및 리튬-산소 배터리에 대한 최신 지식의 요약과 유사한 나트륨 시스템과의 직접적인 비교를 제공합니다. 일반 속성, 주요 이점 및 과제, 성능 개선을 위한 최근 전략 및 추가 개발을 위한 일반 지침이 요약되고 비판적으로 논의됩니다. 일반적으로 나트륨을 리튬으로 대체하는 것은 전지 반응의 전반적인 특성에 강한 영향을 미치므로 이온 수송, 상 안정성, 전극 전위, 에너지 밀도 등의 차이를 예상할 수 있습니다.

이러한 차이가 더 가역적인 전지 화학에 도움이 될지는 여전히 미해결 질문이지만 실온 Na/S ₈ 및 Na/O ₂ 전지에 대한 일부 첫 번째 보고서는 이미 확립된 Li/S ₈ 및 Li/O ₂ 시스템.

충전식 리튬 이온 배터리(LIB)는 1990년대 초 상용화 이후 모든 모바일 애플리케이션에서 가장 중요한 에너지 저장 형태가 되었습니다. 이것은 주로 금속 수소화물 또는 납산과 같은 다른 충전식 배터리 시스템을 쉽게 능가하는 비할 데 없는 에너지 밀도 때문입니다. 그러나 전기를 더욱 안전하게, 보다 컴팩트하게, 보다 저렴하게 저장해야 하는 지속적인 요구로 인해 지속적인 연구 개발이 필요합니다.

저렴한 고정식 에너지 저장 장치에 대한 필요성이 또 다른 과제가 되었으며, 이는 또한 대체 배터리에 대한 연구를 촉발합니다. 예를 들어 더 효율적인 패키징, 처리, 더 나은 전해질 및 최적화된 전극 재료를 통해 다양한 리튬 이온 기술을 지속적으로 개선하기 위한 주요 노력이 이루어지고 있습니다. 지난 몇 년 동안 전력 밀도와 관련하여 상당한 진전이 있었지만 에너지 밀도의 증가(체적 및 중량)는 상대적으로 작았습니다. 에너지 밀도와 관련된 다양한 배터리 기술의 비교가 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1: 다양한 충전식 배터리의 이론상 및 (추정된) 실제 에너지 밀도: Pb-산 – 납산, NiMH – 니켈 금속 수소화물, Na-이온 – 약간 더 낮은 셀 전압, Li- 이온 – 다양한 유형에 대한 평균, HT-Na/S ₈ – 고온 나트륨-황 배터리, Li/S ₈ 및 Na/S _{8 – Li 2} S 및 Na2S를 방전 생성물로 가정하는 리튬-황 및 나트륨-황 배터리, Li /O ₂ 및 Na/O ₂ – 리튬-산소 배터리(이론적 값에는 산소의 무게가 포함되며 가정된 방전 생성물, 즉 산화물, 과산화물 또는 과산화물의 화학량론에 따라 다름). 실제 에너지 밀도 값은 배터리 설계(크기, 고전력, 고에너지, 단일 셀 또는 배터리) 및 개발 상태에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 실제 에너지 밀도에 대한 모든 값은 전지 수준을 나타냅니다(Pb-산, 12V 제외). Li/S ₈ 및 Li/O ₂ 배터리의 값은 문헌(본문 내에서 인용)에서 가져왔으며 Na/S ₈ 및 Na/O ₂ 전지의 에너지 밀도를 추정하는 데 사용됩니다. 위의 기술 중 현재까지 상용화된 기술은 납산, NiMH, Li-ion 및 고온 Na/S _{8 기술뿐이다.}

참조:

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

리튬 이온 배터리 전해질 첨가제로서의 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4)

2021-12-05 | Jerry Huang

_{더 높은 작동 전압에서 LiNi 0.5} Co _0.2 Mn _0.3 O ₂ /흑연 전지(NMC532)의 사이클링 성능을 개선하기 위해 전해질 첨가제로 사용되는 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF _{4 )가 조사되었습니다.}

1.0wt% LiBF4를 전해질에 첨가하면 100 사이클 후 리튬 이온 배터리의 용량 유지가 3.0V–4.5V의 전압에서 29.2%에서 90.1%로 크게 향상되었습니다. 전압 동작, 셀 성능을 포함한 특성, 임피던스 거동 및 전극 계면 특성의 특성을 조사합니다.

LiBF4는 두 전극의 계면막 형성에 관여할 가능성이 있는 것으로 밝혀졌다. 전지의 개선된 성능은 흑연 양극 및 LiNi _0.5 Co _0.2 Mn _0.3 O ₂ 음극의 계면층 구성요소의 수정에 기인하며, 이는 계면 임피던스를 낮추게 합니다.

출처: Zuo, Xiaoxi & Fan, Chengjie & Liu, Jiansheng & Xiao, Xin & Wu, Junhua & Nan, Junmin. (2013). 리튬 이온 배터리의 고전압 성능을 향상시키기 위한 전해질 첨가제로서의 리튬 테트라플루오로보레이트. 전기화학학회지. 160. A1199-A1204. 10.1149/2.066308jes. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/2.066308jes

리튬 이온 전해질 첨가제로서의 이불화인산리튬 대 이불화인산나트륨

2021-11-24 | Jerry Huang

리튬 디플루오로포스페이트(LiDFP, LFO)는 리튬 이온 배터리의 사이클 수명 및 고온에서의 방전 용량 유지 성능을 향상시키고 자체 방전을 줄이는 전해질 첨가제로 큰 도움이 됩니다. 이불화인산나트륨은 NMC532 배터리 셀에서 유사한 성능을 보이지만? 2020년 Journal of The Electrochemical Society에 발표된 논문을 살펴보자.

결론: NMC532/흑연 파우치 전지에서 3가지 새로운 디플루오로인산염 전해질 첨가제를 합성하고 평가했습니다. 암모늄 디플루오로포스페이트(AFO)는 시작하기 위해 부드러운 가열만 필요로 하는 암모늄 플루오라이드와 오산화인의 고체 상태 벤치탑 반응을 통해 쉽게 준비됩니다. 본 연구에서 가장 좋은 수율의 이불화인산나트륨(NaFO)은 매우 강한 건조제인 3 Å 분자체에서 1,2-디메톡시에탄에서 디플루오로인산과 탄산나트륨을 반응시켜 얻어졌다. 테트라메틸암모늄 디플루오로포스페이트(MAFO)는 테트라메틸암모늄 클로라이드와의 양이온 교환을 통해 NaFO로부터 제조되었다.

NaFO는 NMC532/gr 전지에서 더 잘 알려진 리튬 디플루오로포스페이트(LFO) 첨가제와 유사한 성능을 갖는 매우 우수한 전해질 첨가제로 보고되었으며, 각각은 40°C에서 1,500회 이상 사이클 후에 ~90% 방전 용량 유지를 보여줍니다. 3.0~4.3V 사이의 사이클링 중 장기 안정성은 1,500 사이클 후 용량 유지율이 ~94%인 Harlow et al.에 의해 보고된 2%VC 1%DTD 벤치마크 셀과 유리하게 비교되지만 그럼에도 불구하고 작습니다. 두 첨가제의 유익한 특성은 디플루오로포스페이트 음이온에 기인합니다. 대조적으로, AFO와 MAFO는 전해질 첨가제가 좋지 않은 것으로 밝혀졌습니다. 이는 전자에 대한 질화리튬의 형성으로 인한 것으로 추측된다. 테트라메틸암모늄 양이온이 세포 안정성에 부정적인 영향을 미치는 이유는 알려져 있지 않습니다.

참조:

1. 리튬 이온 배터리용 디플루오로인산염 전해질 첨가제의 합성 및 평가, Journal of The Electrochemical Society, 2020 167 100538, David S. Hall, Toren Hynes, Connor P. Aiken 및 JR Dahn