저렴하고 높은 에너지 밀도와 긴 사이클 수명을 가진 할로겐화물 소재 공개

2025-09-09 | Jerry Huang

편집자 주: 에너지 저장 분야에서 전고체 전지는 차세대 에너지 저장 기술의 최고의 솔루션으로 여겨지지만, 전극 소재의 심각한 병목 현상으로 오랫동안 개발에 제약을 받아 왔습니다. 기존의 전고체 전지(ASSB)는 일반적으로 활물질, 고체 전해질, 그리고 전도성 첨가제로 구성된 전극을 사용합니다. 그러나 이러한 비활성 성분(전극 부피의 40~50%를 차지)은 에너지 밀도를 감소시킬 뿐만 아니라 계면 부반응을 유발하고 리튬 이온 수송의 굴곡을 증가시킵니다. 높은 전도도와 전기화학적 활성을 가진 "일체형(All-In-One)" 소재가 이러한 문제를 해결할 수 있지만, 산화물(저용량)이나 황화물(고비용)과 같은 기존 소재는 미래 시장의 요구를 충족하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 할로겐화물은 저비용과 높은 이온 전도도라는 장점을 제공하지만, 전자 전도도와 에너지 밀도가 부족하다는 단점이 있습니다. 따라서 높은 전기화학적 성능, 저렴한 확장성, 그리고 기계적 안정성을 모두 갖춘 일체형 소재 개발이 중요한 과제가 되었습니다.

훌륭한 사례가 있습니다. 캐나다 웨스턴 온타리오 대학교 연구팀은 Nature 연구에서 혁신적인 해답을 제시했습니다. 바로 세계 최초의 할로겐화물 물질인 Li₁.₃Fe₁.₂Cl₄를 설계한 것입니다. 이 물질은 동적 자가치유 기능과 3-in-1 통합(양극/전해질/도체) 구조를 갖추고 있습니다. 가역적인 Fe²⁺/Fe³⁺ 산화환원 반응과 독특한 취성-연성 전이 메커니즘을 통해 이 물질은 3,000회 사이클 후에도 90%의 용량을 유지하며, 전극 에너지 밀도는 529.3 Wh/kg⁻¹(복합 소재 설계 시 725.6 Wh/kg⁻¹까지 확장 가능)에 달합니다. 더욱 놀라운 점은 기존 전극의 26%에 불과한 비용입니다. 싱크로트론 방사선과 원자 시뮬레이션을 통해 철 이동 유도 자가치유 메커니즘이 최초로 밝혀졌습니다! 이 연구는 전고체 전지의 핵심 소재를 개발할 뿐만 아니라, 재료, 기계, 전기화학을 통합한 일체형 설계에 대한 패러다임 수준의 사례를 제시합니다. 모든 연구진의 헌신적인 노력에 감사드립니다.

추상적인

전고체 전지는 높은 에너지 밀도와 경제성이라는 잠재력을 실현하기 위해 첨단 양극 설계가 필요합니다. 비활성 전도성 첨가제와 이종 계면을 제거하는 일체형 양극은 상당한 에너지 및 안정성 향상을 기대할 수 있지만, 충분한 Li+/e- 전도성, 기계적 견고성 및 구조적 안정성이 부족한 소재로 인해 어려움을 겪고 있습니다. 본 연구에서는 이러한 과제를 극복하는 비용 효율적인 할로겐화물 소재인 Li1.3Fe1.2Cl4를 제시합니다. 가역적인 Fe2+/Fe3+ 산화환원 반응과 빠른 Li+/e- 이동을 통해 Li1.3Fe1.2Cl4는 Li+/Li 대비 529.3 Wh/kg−1의 전극 에너지 밀도를 달성합니다. 중요한 것은 Li1.3Fe1.2Cl4가 사이클 동안 가역적인 국소적 철 이동 및 자가 회복 특성을 부여하는 취성-연성 전이를 포함한 고유한 동적 특성을 보인다는 것입니다. 이를 통해 탁월한 사이클 안정성을 확보하여 5 C의 속도로 3,000회 사이클 동안 90%의 용량 유지율을 유지합니다. Li1.3Fe1.2Cl4를 니켈 함량이 높은 층상 산화물과 결합하면 에너지 밀도가 725.6 Wh/kg−1로 더욱 증가합니다. 일체형 할로겐화물의 유리한 동적 기계적 특성 및 확산 특성을 활용하여, 본 연구는 일체형 할로겐화물을 차세대 전고체 전지에서 에너지 밀도가 높고 내구성이 뛰어난 양극 소재로 개발하는 새로운 길을 제시합니다.

참고문헌

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

폴리머 리튬이 고체 배터리 경쟁에서 승리할 것인가?

2025-09-08 | Jerry Huang

편집자 주: 고체 리튬 배터리에는 폴리머, 산화물, 황화물, 할로겐화물의 4가지 전해질 유형이 있으며 각각 고유한 특성을 가지고 있습니다.

폴리머 리튬 전해질

고분자 재료를 전해질로 사용하는 이 소재는 유연성과 높은 이온 전도도를 모두 제공하여 반고체 전지의 과도기적 솔루션으로 적합합니다. 우수한 가공성을 보이지만, 장기 사이클 안정성은 아직 검증이 필요합니다.

리튬 산화물 전해질

리튬 산화물과 같은 재료를 기반으로 한 이러한 전해질은 비용이 낮고 안정성이 뛰어나지만 이온 전도도가 비교적 낮습니다.

황화리튬 전해질

황화리튬 화합물을 중심으로 개발된 이 전해질은 높은 상온 전도도와 우수한 계면 적합성을 특징으로 하며, 모든 기술 중 상업적으로 가장 유망한 기술로 자리매김했습니다. 그러나 황화물 소재는 화학적 안정성이 낮고 생산 비용이 높다는 단점이 있습니다.

리튬 할라이드 전해질

할로겐화물 고체 전해질은 높은 전도성과 산화 저항성을 보이지만, 아직 실험실 수준에 머물러 있어 상용화 전망은 불확실합니다.

일반적인 특징

전고체 전지는 기존의 액체 전해질을 무기 분말 소재로 대체하여 안전성과 에너지 밀도를 크게 향상시킵니다. 그러나 기술 경로에 따라 비용과 공정 성숙도에 상당한 차이가 있습니다. 예를 들어, 황화물 경로는 높은 전도성을 제공하지만 화학적 안정성이 낮고, 폴리머 경로는 사이클 수명 성능에 문제가 있습니다.

고체 전지 기술은 현재 실험실 시제품 단계에서 산업화 단계로 접어드는 중요한 전환기를 겪고 있으며, 평가 프레임워크의 체계적인 개편을 강력히 기대하고 있습니다. 실험실 단계에서는 주로 전기화학적 성능 지표(예: 에너지 밀도, 사이클 수명, 속도 용량)에 중점을 두는 반면, 산업 규모 고체 전지 기술은 다차원적인 평가 기준 수립을 요구합니다.

1. 확대된 평가: 산업용 애플리케이션에는 확장성, 실행 가능성(프로세스 호환성, 수율 제어 등 포함), 공급망 성숙도(중요 원자재 안정성, 특수 장비 지원 기능 등 포함), 총 수명 주기 비용(원자재 조달, 제조, 재활용 등을 포함)을 포함한 시스템적 요소가 포함되어야 합니다.

2. 기술 비용 최적화: 산업화는 전기화학적 성능과 제조 비용 간의 동적 균형, 재료 시스템 선택의 영향과 공급망 회복력, 생산 공정의 복잡성과 확장성 간의 균형을 포함하여 기술 데이터와 비용 간의 최적의 균형을 요구합니다.

3. 체계적 평가: 대량 생산 일관성(6σ 품질 관리 기준), 안전 인증(예: UL 9540A 및 기타 국제 기준 준수), 단일 라인 생산 용량 설계 ≥2GWh 등 주요 요구 사항 준수.

궈 교수는 황화리튬 전해질을 대체하는 고체 전지 경쟁에서 폴리머 리튬이 우위를 점하는 것에 대해 다른 견해를 가지고 있습니다. 신 궈 팀의 연구를 살펴보겠습니다. 모든 연구원들의 노고에 진심으로 감사드립니다.

추상적인

고체 전지(SSB)는 기존 리튬 이온 전지보다 향상된 안전성, 높은 에너지 밀도, 그리고 향상된 사이클 수명을 제공함으로써 에너지 저장 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대됩니다. 다양한 고체 전해질 중에서도 폴리머는 가공성, 기계적 유연성, 그리고 화학적 다양성의 독특한 조합으로 두드러집니다. 본 리뷰에서는 폴리머가 상업용 SSB 개발을 선도할 수 있는 이유를 살펴봅니다. 전극과의 우수한 계면 접촉, 조절 가능한 이온 전도도, 확장 가능한 제조 방법과의 호환성과 같은 폴리머의 고유한 장점과 더불어, 제한된 열 안정성, 좁은 전기화학적 윈도우, 그리고 계면 열화와 같은 폴리머가 직면한 주요 기술적 과제를 살펴봅니다. 본 연구에서는 폴리머 분자 설계, 폴리머-세라믹 복합재, 그리고 현장 중합 전략 등 최근 연구를 통해 새롭게 부상하는 해결책들을 강조합니다. 비용, 제조성, 그리고 집적도 측면에서 상당한 장벽에 직면한 산화물 및 황화물 시스템과 달리, 폴리머 기반 전해질은 대규모 적용을 위한 현실적이고 경제적으로 실행 가능한 방안을 제시합니다. 재료 설계와 산업 가공 분야의 지속적인 발전으로 폴리머는 경쟁력을 갖출 뿐만 아니라 차세대 고체 배터리로의 전환을 선도하고 있습니다.

참고문헌

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

속보: 붕소 합금 실리콘 양극, 리튬 이온 배터리 수명 3배 연장

2025-06-29 |

추상적인

고체 전해질 계면(SEI) 안정화는 실리콘 기반 리튬 이온 배터리 음극의 핵심 과제로 남아 있습니다. 실리콘과 붕소와 같은 이차 원소의 합금은 실리콘 음극의 사이클 수명을 향상시키는 유망한 전략으로 부상했지만, 그 기저 메커니즘은 아직 명확하지 않습니다. 이러한 지식 격차를 해소하기 위해 붕소 농도가 배터리 성능에 미치는 영향을 체계적으로 연구했습니다. 연구 결과는 붕소 함량이 높을수록 사이클 수명이 거의 단조롭게 증가하며, 붕소가 풍부한 전극은 순수 실리콘보다 성능이 훨씬 우수함을 보여줍니다. 또한, 실리콘-붕소 합금 음극은 순수 실리콘보다 거의 세 배 더 긴 수명을 나타냅니다. 상세한 메커니즘 분석을 통해 다른 기여 요인들을 체계적으로 배제했으며, 나노입자 표면의 강력한 영구 쌍극자가 부동태화 개선에 기여하는 것으로 제안되었습니다. 배위 결합이 부족하고 루이스 산도가 높은 붕소에 의해 형성되는 이 쌍극자는 전기화학적 계면을 안정화시키는 정적이고 이온 밀도가 높은 층을 형성하여 기생 전해질 분해를 줄이고 장기적인 안정성을 향상시킵니다. 이러한 결과는 SEI 프레임워크 내에서 전기 이중층이 표면 패시베이션에 중요한 고려 사항임을 시사합니다. 이러한 통찰력은 차세대 리튬 이온 배터리에서 실리콘 음극을 최적화하기 위한 아직 탐구되지 않은 매개변수 공간을 제공합니다.

참조

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

LiTFSI는 나트륨 금속 배터리에 어떤 차이를 만들어내는가?

2025-06-29 |

편집자 주: 나트륨 금속 배터리는 높은 에너지 밀도와 저렴한 비용을 갖춘 에너지 저장 장치로서 대규모 에너지 저장 및 모바일 전자 기기에 중요합니다. 그러나 전해질과 SEI의 성능은 나트륨 금속 배터리의 사이클 수명과 충방전 속도를 제한합니다. LiTFSI는 나트륨 금속 배터리에 어떤 영향을 미칠까요? 예를 들어 보겠습니다. 솽완 팀의 특별 연구 덕분에 가능합니다.

추상적인

무기물이 풍부하고 견고한 고체 전해질 계면(SEI)을 구축하는 것은 나트륨 금속 전지(SMB)의 전기화학적 성능을 향상시키는 중요한 접근법 중 하나입니다. 그러나 SEI 내의 낮은 전도도와 일반적인 무기물의 분포는 Na+ 확산을 방해하고 나트륨의 불균일한 증착을 유발합니다. 본 연구에서는 나트륨염 기반 탄산염 전해질에 자가희생 LiTFSI를 도입하여 높은 전도도의 무기물이 고르게 분산된 독특한 SEI를 구축했습니다. LiTFSI와 FEC 사이의 환원적 경쟁 효과는 무기물이 고르게 분산된 SEI 형성을 촉진합니다. 높은 전도도의 Li3N과 무기물은 Na+에 빠른 이온 전달 영역과 높은 플럭스 핵 생성 위치를 제공하여 고속으로 나트륨 증착을 촉진합니다. 따라서 LiTFSI와 FEC에서 유래한 SEI는 Na∥Na3V2(PO4)3 셀이 10,000 사이클 이후 60°C의 초고속 조건에서 89.15%의 용량 유지율(87.62 mA hg–1)을 보이는 반면, LiTFSI가 없는 셀은 8,000 사이클 이후에도 48.44%의 용량 유지율을 보입니다. 더욱이, 특수 SEI를 적용한 Na∥Na3V2(PO4)3 파우치 셀은 2,000 사이클 이후 10°C에서 92.05%의 안정적인 용량 유지율을 보입니다. 이 독특한 SEI 설계는 초고속 조건에서 소형 배터리(SMB)의 작동을 촉진하는 새로운 전략을 제시합니다.

저작권 © 2023 미국화학회

참조

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

LiTFSI는 황화물 기반 전고체 리튬 배터리의 고성능에 큰 도움을 제공합니다.

2025-06-27 |

편집자 주: LiTFSI(CAS: 90076-65-6)는 황화물 기반 전고체 리튬 배터리 개발에 어떻게 도움이 될까요? 예를 들어 보겠습니다. Fangyang Liu 팀의 탁월한 연구 덕분입니다.

추상적인

황화물 전해질의 좁은 전기화학적 창은 양극과 음극 계면에서 서로 다른 고장 메커니즘을 초래할 수 있습니다. 양극과 음극 면에 대한 별도의 개질 전략 도입은 황화물 기반 전고체 리튬 전지(ASSLB) 제조 공정의 복잡성을 증가시킵니다. 본 연구에서는 Li6PS5Cl(LPSC)의 습식 정제 공정에서 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(LiTFSI) 쉘을 도입하는 통합 개질 전략을 채택했습니다. 이 개질 전략은 양극과 음극 모두에 동시에 견고한 불소화 계면을 성공적으로 구축했습니다. 리튬 음극 쪽에서는 LiTFSI@LPSC의 감소된 전자 전도도와 불소화 계면의 생성이 리튬 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제했으며, 이는 밀도-함수 이론(DFT) 계산을 통해 더욱 확인되었습니다. 그 결과, Li|LiTFSI@LPSC|Li 셀은 최대 1.6 mA cm−2의 임계 전류 밀도와 0.2 mA cm−2에서 1500시간 동안 안정적인 사이클 성능을 달성했습니다. 양극 측에서 LiTFSI@LPSC는 복합 양극 내에서 Li+ 수송을 향상시켰을 뿐만 아니라 LiTFSI 쉘이 LiF 기반 양극 전해질 계면(CEI)으로 분해되는 현장 분해를 촉진했습니다. LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2(NCM83)를 사용하여 4.6V의 높은 차단 전압에서 2C에서 500회 사이클 후 용량 유지율이 98.6%에 도달했습니다. 기능화된 LiTFSI@LPSC는 양극과 음극 모두에 대한 포괄적인 일체형 계면 개질을 용이하게 하여 황화물 기반 ASSLB의 계면 엔지니어링을 크게 단순화하는 동시에 탁월한 전기화학적 성능을 제공합니다.

참조

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

LiTFSI 응용 분야의 새로운 소식은 무엇입니까?

2025-06-26 | Jerry Huang

리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(LiTFSI)는 분자식이 C2F6LiNO4S2인 백색 결정 또는 분말 형태의 유기 물질로, 전기화학적 및 열적 안정성이 우수합니다. 전해액 첨가제로서 LiTFSI는 1차 리튬 전지, 2차 리튬 전지, 전고체 리튬 전지 등 다양한 배터리 시스템에 적용될 수 있습니다.

리튬 이온 배터리 전해질의 핵심 성분인 리튬 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(LiTFSI)는 뛰어난 열적 및 전기화학적 안정성으로 잘 알려져 있습니다. 이 리튬염은 독특한 분자 구조를 통해 전해질 내에 고체 음이온 네트워크를 형성하여 용액의 점도를 크게 낮출 뿐만 아니라 리튬 이온의 왕복 속도를 획기적으로 증가시킵니다. 이러한 특성은 배터리 충방전 과정에서 높은 효율로 직접 변환되어 LiTFSI를 리튬 이온 배터리의 전반적인 성능 향상에 이상적인 소재로 만듭니다. 특히 전고체 리튬 배터리 연구 개발에서 LiTFSI는 큰 잠재력을 보여줍니다. 또한, 나트륨 금속 배터리(SMB) 연구에서도 매우 긍정적인 성능을 보이며 배터리 기술 혁신을 촉진할 것으로 기대됩니다. 그러나 복잡하고 체계적인 환경에서 LiTFSI의 성능 안정성은 현재 연구에서 해결해야 할 시급한 과제입니다.

리튬 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(LiTFSI)는 폴리머 고체 전지, 황화물 고체 전지, 산화물 고체 전지를 포함한 고체 리튬 이온 전지와 같은 새로운 유형의 전지에 대량으로 적용되기 시작했습니다. LiTFSI는 음극 보호, 급속 충전, 그리고 넓은 온도 범위에서의 높은 효율 향상 등 전지 성능 향상에 유용한 것으로 나타났습니다. 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드는 리튬 전지의 중요한 전해액 첨가제 중 하나로, 전해액의 전기화학적 안정성, 사이클 성능, 전도도를 향상시킬 수 있으며, 고전압에서 알루미늄 호일에 대한 부식성이 낮아 전기 자동차 산업에서 배터리의 에너지 밀도를 높이는 데 활용될 수 있습니다.

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