Sistem Bekalan Kuasa Rendah Karbon Dijangka Dibina

2024-07-21 | Jerry Huang

Pada 15 Julai 2024, Suruhanjaya Pembangunan dan Pembaharuan Negara (NDRC) China dan Pentadbiran Tenaga Kebangsaan (NEA) mengeluarkan “Program Transformasi Karbon Rendah dan Pembinaan Loji Kuasa Arang Batu(2024-2027)”, yang menyebut bahawa: Menjelang 2025 , projek transformasi rendah karbon bagi loji janakuasa arang batu pertama semuanya akan dimulakan, dan sekumpulan teknologi kuasa rendah karbon akan digunakan; pelepasan karbon projek yang berkaitan akan dikurangkan sebanyak kira-kira 20% setiap kilowatt-jam berbanding pada tahun 2023, malah jelas lebih rendah daripada pelepasan karbon loji janakuasa arang batu termaju sedia ada, sekali gus meneroka pengalaman berharga untuk bersih dan rendah. -penjelmaan karbon loji janakuasa arang batu. Dengan menyesuaikan transformasi rendah karbon bagi unit kuasa arang batu sedia ada dan pembinaan unit kuasa arang batu rendah karbon baharu secara terselaras, kami berhasrat untuk mempercepatkan pembinaan sistem tenaga baharu yang bersih, rendah karbon, selamat dan tinggi. cekap.

Menurut ramalan yang berkaitan, menjelang 2030, pelepasan CO2 daripada loji janakuasa arang batu akan menjadi kira-kira 4 bilion tan. Oleh itu, teknologi rendah karbon industri kuasa arang batu adalah sokongan utama untuk mencapai matlamat '2030 - 2060 Carbon Peak & Carbon Neutral' China. Jadi, bagaimanakah industri kuasa arang batu boleh mencapai penyahkarbonan?

01 Transformasi penyahkarbonan kuasa arang batu dan kaedah pembinaan

Menurut Program Transformasi Karbon Rendah dan Pembinaan Loji Kuasa Arang Batu (2024-2027), terdapat tiga cara khusus untuk mengubah kuasa arang batu kepada pengkarbonan rendah:

1, pengadunan biojisim. Dengan menggunakan sumber biojisim seperti sisa pertanian dan perhutanan, loji sisa dan tanaman tenaga boleh diperbaharui, dan mengambil kira bekalan mampan sumber biojisim, keselamatan, fleksibiliti, kecekapan operasi dan kebolehlaksanaan ekonomi, unit penjanaan kuasa arang batu harus digabungkan dengan biojisim. penjanaan kuasa. Selepas transformasi dan pembinaan, loji janakuasa arang batu harus mempunyai keupayaan untuk mencampurkan lebih daripada 10% bahan api biojisim, sekali gus mengurangkan penggunaan arang batu dan pelepasan karbon dengan ketara.

2, pengadunan ammonia hijau. Dengan menggunakan campuran ammonia hijau dengan unit kuasa arang batu untuk menjana elektrik dan menggantikan sebahagian arang batu. Unit kuasa arang batu harus mempunyai keupayaan untuk membakar lebih daripada 10% ammonia hijau selepas transformasi dan pembinaan, dengan matlamat penggunaan arang batu dan tahap pelepasan karbon dapat dikurangkan dengan jelas.

3, Penangkapan karbon, penggunaan dan penyimpanan. Mengguna pakai kaedah kimia, penjerapan, membran dan teknologi lain untuk mengasingkan dan menangkap karbon dioksida dalam gas serombong dandang arang batu. Tangkap, tulen dan mampatkan karbon dioksida melalui pelarasan tekanan dan suhu. Menggalakkan aplikasi teknologi geologi seperti pemacu minyak yang cekap oleh karbon dioksida. Gunakan teknologi kimia seperti karbon dioksida ditambah hidrogen untuk mendapatkan metanol. Laksanakan penyimpanan geologi karbon dioksida mengikut keadaan setempat.

02 Laluan peralihan untuk kuasa arang batu karbon rendah

Pengembangan tenaga bersih, termasuk kuasa hidroelektrik, kuasa angin dan kuasa solar, adalah kunci untuk merealisasikan pelan tindakan bekalan kuasa karbon rendah. Selepas memenuhi permintaan kuasa tambahan, penggantian selanjutnya bagi kuasa arang batu yang sedia ada diperlukan untuk peralihan kuasa karbon rendah. Selepas 2030, kuasa tenaga bukan fosil akan menggantikan kuasa arang batu sedia ada dan menjadi sebahagian besar bekalan kuasa; dan selepas 2050, bahagian penjanaan kuasa arang batu akan kurang daripada 5% antara jumlah bekalan kuasa China.

Menurut kajian dari Universiti Renmin China mengenai prospek pembangunan kuasa arang batu China yang rendah karbon, ia boleh dibahagikan kepada tiga langkah berikut:

1, Mulai sekarang hingga 2030 sebagai tempoh persediaan untuk peralihan karbon rendah, kapasiti kuasa arang batu masih akan berkembang sederhana sebelum 2030, pada masa yang sama, tenaga baharu menjadi majoriti peningkatan bekalan kuasa, dan bahagian kuasa angin & suria kapasiti terpasang akan melebihi 40% menjelang 2030.

2, Tahun 2030-2045 sebagai tempoh peralihan pantas, selepas 2030, bahagian kuasa angin & suria akan dengan cepat melebihi kuasa arang batu, menjadi sumber kuasa utama sistem kuasa. Loji janakuasa arang batu perlu digabungkan dengan teknologi biojisim, CCUS dan teknologi rendah karbon bersih yang lain, sekali gus mengurangkan pelepasan karbon.

3, Tahun 2045 -2060 sebagai tempoh pengukuhan dan penambahbaikan bekalan kuasa, menjelang 2050 permintaan untuk elektrik akan tepu, kuasa arang batu akan diubah sepenuhnya menjadi bekalan kuasa pelarasan, melayani pencernaan dan penyerapan kuasa utama tenaga angin-solar , dan menyediakan kecemasan dan kuasa ganti.

Berikut ialah contoh pangkalan kuasa di Gurun Kubuqi. Jumlah kapasiti terancang pangkalan kuasa Kubuqi ialah 16 juta kilowatt, termasuk kuasa fotovoltaik sebanyak 8 juta kilowatt, kuasa angin sebanyak 4 juta kilowatt, dan kapasiti kuasa arang batu kecekapan tinggi termaju sebanyak 4 juta kilowatt. Projek tenaga suria yang telah dibina adalah menakjubkan, dengan kapasiti fotovoltaik terpasang 2M kW telah pun beroperasi. Sekiranya semua projek siap sepenuhnya, dianggarkan kira-kira 40 bilion kWj tenaga elektrik boleh disalurkan kepada berjuta-juta keluarga setahun, dengan tenaga bersih menyumbang lebih daripada 50% daripada jumlah keseluruhan, yang bersamaan dengan penjimatan kira-kira 6 juta tan arang batu standard dan mengurangkan pelepasan karbon dioksida sebanyak kira-kira 16 juta tan setiap tahun. Adalah dirancang bahawa lebih banyak pangkalan tenaga bersih akan disediakan. Panel solar pertama kali dibina Panel solar setahun kemudian Pangkalan kuasa solar lima tahun kemudian

Bagi EV dan infrastruktur pengecasannya, mengikut statistik, menjelang akhir Mei 2024, jumlah keseluruhan infrastruktur pengecasan EV telah terkumpul kepada 9.92 juta unit di seluruh China, meningkat 56% YOY. Antaranya, kemudahan caj awam dan sektor swasta meningkat masing-masing kepada 3.05 juta unit dan 6.87 juta, dengan kadar pertumbuhan masing-masing 46% dan 61% YOY. Ini menandakan bahawa China telah membina rangkaian infrastruktur pengecasan terbesar di dunia, meliputi kawasan perkhidmatan terluas dan julat jenis pengecasan.

Kaedah Hijau Sangat Cekap Dan Jimat Dikeluarkan Untuk Kitar Semula LCO Dan LIB Ternary

2023-09-16 | Jerry Huang

Nota editor: Bateri litium-ion kini digunakan secara meluas dalam pelbagai peranti elektronik, EV dan storan tenaga skala grid. Permintaan global untuk bateri litium-ion terus berkembang dengan ketara. Dianggarkan menjelang 2030, jumlah global bateri litium-ion yang dibelanjakan akan melebihi 11 juta tan, yang akan menjadi sumber pencemaran yang besar yang boleh mengancam alam sekitar dan kesihatan awam. Pada masa yang sama, permintaan yang semakin meningkat untuk bateri litium-ion diterjemahkan kepada permintaan yang semakin meningkat untuk litium dan kobalt. Sebaliknya, kandungan litium dan kobalt dalam katod LIB masing-masing setinggi 15% dan 7% berat, yang jauh lebih tinggi daripada bijih dan air garam. Oleh itu, pemulihan unsur-unsur logam dalam katod LIB terpakai mempunyai kepentingan alam sekitar, sosial dan ekonomi yang besar. Pada masa ini, pemulihan bateri litium-ion terutamanya dibahagikan kepada tiga langkah: prarawatan, pengekstrakan logam dan pengasingan logam. Dalam penyelidikan dan pembangunan langkah pengekstrakan logam proses kitar semula, proses hidrometalurgi adalah salah satu pilihan yang paling berdaya maju kerana kadar larut lesap logamnya yang tinggi dan ketulenan yang memuaskan bagi produk yang dipulihkan. Walau bagaimanapun, prosesnya tidak begitu mesra alam, mahupun sangat menjimatkan, kerana penggunaan asid tak organik membawa hasil sampingan yang berbahaya; manakala asid organik memerlukan agen penurun tambahan atau masa tindak balas yang lebih lama dan suhu yang lebih tinggi untuk pemulihan logam.

Penyelidik daripada pasukan Zhong Lin Wang membawakan kepada kami kaedah yang mungkin hijau, sangat cekap dan menjimatkan untuk mengitar semula LIB, termasuk bateri litium kobalt oksida (LCO) dan bateri litium terner.

Abstrak

Dengan trend global ke arah neutraliti karbon, permintaan untuk bateri litium-ion (LIB) terus meningkat. Walau bagaimanapun, kaedah kitar semula semasa untuk LIB yang dibelanjakan memerlukan penambahbaikan segera dari segi mesra alam, kos dan kecekapan. Di sini kami mencadangkan kaedah mekano-mangkin, digelar pemangkin-elektrosentuh, menggunakan radikal yang dijana oleh elektrifikasi sentuhan untuk menggalakkan larut lesap logam di bawah gelombang ultrasonik. Kami juga menggunakan SiO2 sebagai pemangkin kitar semula dalam proses tersebut. Bagi bateri litium kobalt (III) oksida, kecekapan larut lesap mencapai 100% untuk litium dan 92.19% untuk kobalt pada 90 °C dalam masa 6 jam. Bagi bateri litium terner, kecekapan larut lesap litium, nikel, mangan dan kobalt masing-masing mencapai 94.56%, 96.62%, 96.54% dan 98.39% pada 70 °C, dalam masa 6 jam. Kami menjangkakan bahawa kaedah ini boleh menyediakan pendekatan hijau, kecekapan tinggi dan ekonomi untuk kitar semula LIB, memenuhi permintaan yang semakin meningkat secara eksponen untuk pengeluaran LIB.

Rujukan

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

Kaedah Hijau Dan Jimat Yang Cekap Dikeluarkan Untuk Kitar Semula Bateri LFP

2023-09-16 | Jerry Huang

Nota editor: Bateri litium-ion kini digunakan secara meluas dalam pelbagai peranti elektronik, EV dan storan tenaga skala grid. Permintaan global untuk bateri litium-ion terus berkembang dengan ketara. Dianggarkan menjelang 2030, jumlah global bateri litium-ion yang dibelanjakan akan melebihi 11 juta tan, yang akan menjadi sumber pencemaran yang besar yang boleh mengancam alam sekitar dan kesihatan awam. Pada masa yang sama, permintaan yang semakin meningkat untuk bateri litium-ion diterjemahkan kepada permintaan yang semakin meningkat untuk litium dan kobalt. Sebaliknya, kandungan litium dan kobalt dalam katod LIB masing-masing setinggi 15% dan 7% berat, yang jauh lebih tinggi daripada bijih dan air garam. Oleh itu, pemulihan unsur-unsur logam dalam katod LIB terpakai mempunyai kepentingan alam sekitar, sosial dan ekonomi yang besar. Pada masa ini, pemulihan bateri litium-ion terutamanya dibahagikan kepada tiga langkah: prarawatan, pengekstrakan logam dan pengasingan logam. Dalam penyelidikan dan pembangunan langkah pengekstrakan logam proses kitar semula, proses hidrometalurgi adalah salah satu pilihan yang paling berdaya maju kerana kadar larut lesap logamnya yang tinggi dan ketulenan yang memuaskan bagi produk yang dipulihkan. Walau bagaimanapun, prosesnya tidak begitu mesra alam, dan tidak juga sangat menjimatkan, kerana penggunaan asid tak organik membawa hasil sampingan yang berbahaya; manakala asid organik memerlukan agen penurun tambahan atau masa tindak balas yang lebih lama dan suhu yang lebih tinggi untuk pemulihan logam.

Penyelidik dari pasukan Zhong Lin Wang membawakan kami kaedah yang mungkin hijau, sangat cekap dan menjimatkan untuk mengitar semula LIB, terutamanya bateri LFP.

Abstrak

Kitar semula bateri litium besi fosfat (LFP), yang mewakili lebih daripada 32% bahagian pasaran bateri litium-ion (LIB) di seluruh dunia, telah meningkatkan perhatian berikutan sumber unsur berharga dan kebimbangan alam sekitar. Walau bagaimanapun, teknologi kitar semula tercanggih, yang biasanya berdasarkan kaedah elektrokimia atau larut lesap kimia, mempunyai isu kritikal seperti prosedur yang membosankan, penggunaan bahan kimia/elektrik yang besar dan pencemaran sekunder. Di sini, kami melaporkan sistem berkuasa sendiri yang inovatif yang terdiri daripada reaktor kitar semula LIB elektrokimia dan penjana nano triboelektrik (TENG) untuk mengitar semula LFP yang dibelanjakan. Dalam reaktor kitar semula LIB elektrokimia, pasangan Cl−/ClO− yang dijana secara elektrokimia dalam larutan NaCl diguna pakai sebagai pengantara redoks untuk memecahkan LFP kepada FePO4 dan Li+ melalui tindak balas penyasaran redoks tanpa bahan kimia tambahan. Selain itu, TENG yang menggunakan komponen terbuang daripada LIB termasuk selongsong, filem aluminium-plastik dan pengumpul semasa direka untuk meminimumkan bahan pencemar sekunder secara drastik. Tambahan pula, TENG menuai tenaga angin, memberikan output 0.21 W untuk menjana kuasa sistem kitar semula elektrokimia dan mengecas bateri. Oleh itu, sistem yang dicadangkan untuk mengitar semula LFP yang dibelanjakan mempamerkan ketulenan yang tinggi (Li2CO3, 99.70% dan FePO4, 99.75%), ciri berkuasa sendiri, prosedur rawatan yang dipermudahkan dan keuntungan yang tinggi, yang boleh menggalakkan kelestarian teknologi LIB.

Rujukan

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

50C Bateri Li-Ion cas pantas Menggunakan Anod Grafit

2022-11-01 |

Abstrak

Bateri li-ion telah memasuki pasaran kenderaan elektrik dengan ketumpatan tenaga yang tinggi, namun ia masih mengalami kinetik perlahan yang dihadkan oleh anod grafit. Di sini, elektrolit yang membolehkan pengecasan pantas melampau (XFC) anod grafit bersaiz mikro tanpa penyaduran Li direka bentuk. Pencirian dan simulasi komprehensif mengenai resapan Li+ dalam elektrolit pukal, proses pemindahan cas, dan interfasa elektrolit pepejal (SEI) menunjukkan bahawa kekonduksian ionik yang tinggi, tenaga penyuraian rendah Li+ dan SEI pelindung adalah penting untuk XFC. Berdasarkan kriteria, dua elektrolit pengecasan pantas direka: LiFSI 1.8 m voltan rendah dalam 1,3-dioxolane (untuk sel LiFePO4||grafit) dan 1.0 m LiPF6 voltan tinggi dalam campuran 4-fluoroetilena karbonat dan asetonitril (7:3 mengikut jilid) (untuk LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||sel grafit). Elektrolit bekas membolehkan elektrod grafit mencapai 180 mAh g−1 pada 50C (1C = 370 mAh g−1), iaitu 10 kali lebih tinggi daripada elektrolit konvensional. Elektrolit terakhir membolehkan LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||sel grafit (2 mAh cm−2, nisbah N/P = 1) untuk menyediakan kapasiti boleh balik yang memecahkan rekod sebanyak 170 mAh g−1 pada cas 4C dan nyahcas 0.3C . Kerja ini mendedahkan mekanisme utama untuk XFC dan menyediakan prinsip reka bentuk elektrolit instruktif untuk LIB pengecasan pantas praktikal dengan anod grafit.

Rujukan

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

Bateri Li-ion Ketumpatan Tenaga Tinggi Voltan Tinggi Dilaporkan Kos Rendah Dan Tanpa Logam

2022-07-10 | Jerry Huang

Nota editor: Penyelidik melaporkan penemuan elektrokimia ketumpatan tenaga tinggi voltan tinggi Bateri Litium-ion yang menjimatkan dan bebas logam (mesra alam sekitar). Bateri litium-ion organik 4 kelas V ini mempunyai kapasiti teori yang tinggi dan voltan tinggi, manakala bahan katod dan elektrolit praktikalnya masih belum diterokai.

Adakah Molekul Kecil Organik Aktif Redoks Berkenaan untuk Katod Bateri Litium-Ion Voltan Tinggi (>4 V)?

Oleh: Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Kazuyuki Iwase, Yoshiyuki Gambe, Itaru Honma | Pertama diterbitkan: 10 Mac 2022 tentang Sains Lanjutan

4 Bateri Litium-Ion Organik Kelas V

Walaupun bateri litium-ion organik telah menarik perhatian besar kerana kapasiti teorinya yang tinggi, bahan katod organik voltan tinggi masih belum diterokai. Dalam artikel nombor 2200187, Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Itaru Honma dan rakan sekerja melaporkan elektrokimia asid croconic pada voltan tinggi. Penyiasatan teori dan eksperimen mengesahkan dua enolat dalam asid croconic menunjukkan sekitar 4 V redoks, yang boleh digunakan untuk penyimpanan tenaga.

Abstrak

Walaupun bateri organik telah menarik perhatian besar kerana kapasiti teorinya yang tinggi, bahan aktif organik voltan tinggi (> 4 V vs Li/Li+) masih belum diterokai. Di sini, pengiraan teori fungsi ketumpatan digabungkan dengan pengukuran voltammetri kitaran untuk menyiasat elektrokimia asid croconic (CA) untuk digunakan sebagai bahan katod bateri lithium-ion dalam kedua-dua dimetil sulfoksida dan elektrolit γ-butyrolactone (GBL). Pengiraan DFT menunjukkan bahawa garam CA dilitium (CA–Li2) mempunyai dua kumpulan enolat yang mengalami tindak balas redoks melebihi 4.0 V dan ketumpatan tenaga teori tahap bahan 1949 Wh kg–1 untuk menyimpan empat ion litium dalam GBL—melebihi nilai kedua-duanya. bahan katod bukan organik konvensional dan diketahui. Pengukuran voltammetri kitaran mendedahkan tindak balas redoks yang sangat boleh diterbalikkan oleh kumpulan enolat pada ≈4 V dalam kedua-dua elektrolit. Ujian prestasi bateri CA sebagai katod bateri lithium-ion dalam GBL menunjukkan dua dataran tinggi voltan nyahcas pada 3.9 dan 3.1 V, dan kapasiti nyahcas 102.2 mAh g–1 tanpa kehilangan kapasiti selepas lima kitaran. Dengan voltan nyahcas yang lebih tinggi berbanding molekul kecil organik yang terkenal dan terkini, CA berjanji untuk menjadi calon bahan katod utama untuk bateri organik litium-ion berketumpatan tinggi tenaga pada masa hadapan.

Rujukan:

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

Teknologi Terobosan LFP Suhu Rendah Didedahkan

2022-04-19 | Jerry Huang

Pada 15 April, pasukan R&D dari Changzhou Liyuan New Energy Co membuat pengumuman di Nanjing bahawa syarikat itu telah membuat penemuan teknologi pada bahan katod LFP, yang telah meningkatkan prestasi LFP dengan ketara, serta kadar pengecasan, pada suhu rendah.

EV yang dikuasakan oleh bateri LFP konvensional mempunyai kelemahan yang jelas bagi kebimbangan julat, iaitu julatnya selalunya sekitar 50% daripada julat NEDC / WLTP / EPA yang dituntut pada suhu rendah seperti -20 ℃.

Bahan LFP baharu, "LFP-1", didakwa dibangunkan oleh lebih 20 pakar R&D dari Pusat Penyelidikan Shenzhen selepas lebih 2,000 percubaan berulang dalam lapan tahun dan pasukan R&D telah memenangi 5 paten dengannya.

Prestasi terobosan "LFP-1" dilaporkan akan dicapai dengan mewujudkan saluran pengangkutan ion litium berkelajuan tinggi di dalam bahan katod bersama-sama dengan teknologi "sfera tenaga" terkini; dan ciri-ciri bahan:

• Meningkatkan kadar kapasiti nyahcas bateri LFP daripada 55% kepada 85% pada -20℃ darjah, dan daripada hampir sifar kepada 57% pada -40℃ darjah.

• Mencapai julat 500 kilometer dalam hanya 15 minit pengecasan pantas kadar 4C. Sebagai perbandingan, EV yang dikuasakan oleh bateri LFP konvensional biasanya memerlukan pengecasan pantas selama 40 minit untuk mencapai jarak kira-kira 550 kilometer.

Adakah Sodium Menjadi Penyelesaian Seterusnya?

2022-04-08 | Jerry Huang

Pada tahun 2020, penglibat pasaran EV teruja membuat spekulasi bahawa penurunan kos bateri berkuasa litium akan membawa pertumbuhan pesat jualan EV di seluruh dunia, dan sememangnya ia berlaku.

Apabila tiba pada suku pertama 2022, kebanyakan kita tidak bersedia untuk menghadapi "Kegilaan Mac", kata Encik Jow Lowry dari Global Lithium LLC, mengenai kenaikan harga litium karbonat dan litium hidroksida yang mendadak pada bulan Februari dan awal. Mac. Bagaimanapun beliau merasakan bahawa harga litium yang tinggi tidak akan mewujudkan kemusnahan permintaan daripada pasaran EV. “Kami mempunyai harga litium yang tinggi kerana kekurangan pelaburan yang telah mewujudkan ketidakseimbangan bekalan-permintaan. Saya tidak percaya bahawa ini akan memusnahkan permintaan. Saya percaya ia, lebih tepat, ia akan memajukan permintaan. Revolusi EV akan dihadkan dalam dekad ini kerana kekurangan bekalan litium. Tiada persoalan tentang itu sekarang,” kata Encik Jow Lowry.

Walaupun rekod harga litium yang tinggi, banyak bahan bateri lain, seperti nikel, kobalt dan aluminium, juga telah mengalami gelombang sejarah kenaikan harga pada Q1 tahun ini, yang mengakibatkan peningkatan kos bateri yang berterusan dan lebih daripada 20 pengumuman OEM mengenai EV mereka. kenaikan harga pada Mac 2022.

Jadi ke mana arah bateri litium? Sesetengah pakar mengatakan bahawa bateri litium akan digunakan kepada EV sederhana dan mewah, elektronik pengguna, kenderaan marin elektrik dan kenderaan udara, dsb.

Bagaimana pula dengan tahap kemasukan EV dan storan tenaga? Adakah bateri kimia natrium akan menjadi pilihan lain untuk mereka? Terdapat banyak natrium dan sumber lain di bumi untuk bateri natrium, yang dipercayai menjimatkan dan mesra alam. Adakah terdapat penyelesaian bateri lain yang sangat berskala? Mari kita tunggu dan lihat apakah penemuan penyelidikan yang akan datang seterusnya.

Perlumbaan Kimia Sel: Sistem Litium lwn Sodium

2021-12-08 | Jerry Huang

Penyelidikan yang ditumpukan kepada bateri litium–sulfur (Li/S ₈ ) dan litium–oksigen (Li/O ₂ ) suhu bilik telah meningkat dengan ketara sejak sepuluh tahun yang lalu. Perlumbaan untuk membangunkan sistem sel sedemikian terutamanya didorong oleh ketumpatan tenaga teori yang sangat tinggi dan banyaknya sulfur dan oksigen. Kimia sel, bagaimanapun, adalah kompleks, dan kemajuan ke arah pembangunan peranti praktikal masih terhalang oleh beberapa isu utama asas, yang kini sedang ditangani oleh pelbagai pendekatan.

Agak menghairankan, tidak banyak yang diketahui tentang sistem bateri berasaskan natrium analog, walaupun bateri Na/S ₈ dan Na/NiCl ₂ bersuhu tinggi yang telah dikomersialkan mencadangkan bahawa bateri boleh dicas semula berdasarkan natrium boleh dilaksanakan pada skala besar. Selain itu, kelimpahan semula jadi natrium adalah faedah yang menarik untuk pembangunan bateri berdasarkan komponen kos rendah.

Kajian ini menyediakan ringkasan pengetahuan terkini tentang bateri litium-sulfur dan litium-oksigen dan perbandingan langsung dengan sistem natrium analog. Sifat umum, faedah dan cabaran utama, strategi terkini untuk peningkatan prestasi dan garis panduan umum untuk pembangunan selanjutnya diringkaskan dan dibincangkan secara kritis. Secara umum, penggantian litium untuk natrium mempunyai kesan yang kuat ke atas sifat keseluruhan tindak balas sel dan perbezaan dalam pengangkutan ion, kestabilan fasa, potensi elektrod, ketumpatan tenaga, dan sebagainya boleh dijangkakan.

Sama ada perbezaan ini akan memberi manfaat kepada kimia sel yang lebih boleh diterbalikkan masih menjadi persoalan terbuka, tetapi beberapa laporan pertama mengenai suhu bilik Na/S ₈ dan sel Na/O ₂ sudah menunjukkan beberapa perbezaan yang menarik berbanding dengan Li/S _{8 yang telah ditetapkan} dan Sistem Li/O _2.

Bateri litium-ion boleh dicas semula (LIB) telah menjadi bentuk storan tenaga yang paling penting dengan pantas untuk semua aplikasi mudah alih sejak pengkomersilannya pada awal 1990-an. Ini disebabkan terutamanya oleh ketumpatan tenaga yang tiada tandingannya yang mudah mengatasi sistem bateri boleh dicas semula yang lain seperti logam–hidrida atau asid plumbum. Bagaimanapun, keperluan berterusan untuk menyimpan tenaga elektrik dengan lebih selamat, lebih padat dan lebih berpatutan memerlukan penyelidikan dan pembangunan yang berterusan.

Keperluan untuk penyimpanan tenaga pegun yang murah telah menjadi cabaran tambahan, yang juga mencetuskan penyelidikan mengenai bateri alternatif. Usaha besar ditujukan ke arah penambahbaikan berterusan teknologi Li-ion yang berbeza dengan pembungkusan, pemprosesan, elektrolit yang lebih baik dan bahan elektrod yang dioptimumkan, contohnya. Walaupun kemajuan ketara telah dicapai berkenaan dengan ketumpatan kuasa sejak beberapa tahun kebelakangan ini, peningkatan dalam ketumpatan tenaga (secara volumetrik dan gravimetrik) adalah agak kecil. Perbandingan teknologi bateri yang berbeza berkenaan dengan ketumpatan tenaga mereka ditunjukkan dalam Rajah 1.

Rajah 1: Ketumpatan tenaga teori dan (anggaran) praktikal bagi bateri boleh dicas semula yang berbeza: Pb–asid – asid plumbum, NiMH – hidrida logam nikel, Na-ion – anggaran yang diperoleh daripada data untuk Li-ion dengan mengandaikan voltan sel rendah sedikit, Li- ion – purata ke atas jenis yang berbeza, HT-Na/S ₈ – bateri natrium–sulfur suhu tinggi, Li/S ₈ dan Na/S ₈ – bateri litium–sulfur dan natrium–sulfur dengan mengandaikan Li ₂ S dan Na2S sebagai produk nyahcas, Li /O ₂ dan Na/O ₂ – bateri litium-oksigen (nilai teori termasuk berat oksigen dan bergantung pada stoikiometri produk nyahcas yang diandaikan, iaitu, oksida, peroksida atau superoksida). Ambil perhatian bahawa nilai untuk ketumpatan tenaga praktikal boleh berbeza-beza bergantung pada reka bentuk bateri (saiz, kuasa tinggi, tenaga tinggi, sel tunggal atau bateri) dan keadaan pembangunan. Semua nilai untuk ketumpatan tenaga praktikal merujuk kepada tahap sel (kecuali Pb–asid, 12 V). Nilai untuk bateri Li/S ₈ dan Li/O ₂ diambil daripada literatur (dipetik dalam teks utama) dan digunakan untuk menganggarkan ketumpatan tenaga untuk sel _{Na/S 8} dan Na/O _2. Daripada teknologi di atas, hanya asid plumbum, NiMH, Li-ion dan teknologi Na/S ₈ suhu tinggi telah dikomersialkan sehingga kini.

Rujukan:

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

Lithium Tetrafluoroborate (LiBF4) sebagai Bahan Tambahan Elektrolit Bateri Li-ion

2021-12-05 | Jerry Huang

Litium tetrafluoroborat (LiBF ₄ ) yang digunakan sebagai bahan tambah elektrolit untuk meningkatkan prestasi kitaran LiNi _0.5 Co _0.2 Mn _0.3 O ₂ /sel grafit (NMC532) pada voltan operasi yang lebih tinggi disiasat.

Dengan penambahan LiBF4 1.0% berat ke dalam elektrolit, pengekalan kapasiti bateri ion litium selepas 100 kitaran telah bertambah baik daripada 29.2% kepada 90.1% dalam voltan 3.0 V–4.5 V. Untuk memahami mekanisme peningkatan pengekalan kapasiti pada tahap tinggi operasi voltan, sifat termasuk prestasi sel, tingkah laku impedans serta ciri-ciri sifat antara muka elektrod diperiksa.

Didapati bahawa LiBF4 berkemungkinan mengambil bahagian dalam pembentukan filem antara muka pada kedua-dua elektrod. Prestasi sel yang lebih baik adalah disebabkan oleh pengubahsuaian komponen lapisan antara muka pada anod grafit dan katod LiNi _0.5 Co _0.2 Mn _0.3 O ₂ , yang membawa kepada menurunkan galangan antara muka.

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

Litium difluorofosfat vs natrium difluorofosfat sebagai aditif elektrolit Li-ion

2021-11-24 | Jerry Huang

Lithium difluorophosphate (LiDFP, LFO) sangat membantu sebagai aditif elektrolit untuk meningkatkan prestasi hayat kitaran bateri li-ion dan pengekalan kapasiti nyahcas pada suhu tinggi, serta mengurangkan nyahcas sendiri. Walaupun natrium difluorofosfat mempunyai prestasi yang sama dalam sel bateri NMC532? Mari kita lihat kertas kerja yang diterbitkan di Journal of The Electrochemical Society pada tahun 2020.

Kesimpulan:Tiga bahan tambahan elektrolit garam difluorofosfat baru telah disintesis dan dinilai dalam sel kantung NMC532/grafit. Ammonium difluorophosphate (AFO) sedia disediakan melalui keadaan pepejal, tindak balas atas bangku ammonium fluorida dan fosforus pentoksida yang memerlukan hanya pemanasan lembut untuk dimulakan. Hasil terbaik natrium difluorofosfat (NaFO) dalam kajian ini diperolehi dengan bertindak balas asid difluorofosforik dan natrium karbonat dalam 1,2-diemethoxyethane lebih 3 Å ayak molekul, agen pengeringan yang sangat kuat. Tetramethylammonium difluorophosphate (MAFO) telah disediakan daripada NaFO melalui pertukaran kation dengan tetramethylammonium chloride.

NaFO dilaporkan sebagai aditif elektrolit yang sangat baik, dengan prestasi yang sama dalam sel NMC532/gr sebagai aditif litium difluorofosfat (LFO) yang lebih dikenali, masing-masing menunjukkan ~90% pengekalan kapasiti nyahcas selepas lebih daripada 1,500 kitaran pada 40 °C. Kestabilan jangka panjang semasa berbasikal antara 3.0–4.3 V berbanding baik dengan, tetapi masih kurang daripada sel penanda aras 2%VC 1%DTD yang dilaporkan oleh Harlow et al., yang mempunyai pengekalan kapasiti ~94% selepas 1,500 kitaran. Sifat berfaedah kedua-dua bahan tambahan adalah dikaitkan dengan anion difluorofosfat. Sebaliknya, AFO dan MAFO didapati sebagai bahan tambahan elektrolit yang lemah. Ini dicadangkan disebabkan oleh pembentukan litium nitrida untuk bekas. Tidak diketahui mengapa kation tetramethylammonium mempunyai kesan negatif terhadap kestabilan sel.

Rujukan:

1. Sintesis dan Penilaian Bahan Tambahan Elektrolit Garam Difluorophosphate untuk Bateri Litium-Ion, Journal of The Electrochemical Society, 2020 167 100538, David S. Hall, Toren Hynes, Connor P. Aiken dan JR Dahn