Koolstofarm voedingssysteem zal naar verwachting worden gebouwd

2024-07-21 | Jerry Huang

Op 15 juli 2024 hebben de Chinese Nationale Ontwikkelings- en Hervormingscommissie (NDRC) en de Nationale Energieadministratie (NEA) het “Programma voor koolstofarme transformatie en bouw van kolencentrales (2024-2027)” uitgegeven, waarin wordt vermeld dat: Tegen 2025 zullen de projecten voor de transformatie van koolstofarme energiecentrales van de eerste kolencentrales allemaal van start gaan, en zullen een aantal koolstofarme energietechnologieën in praktijk worden gebracht; de CO2-uitstoot van de relevante projecten zal met ongeveer 20% per kilowattuur worden verminderd in vergelijking met die van 2023, zelfs duidelijk lager dan de CO2-uitstoot van de bestaande geavanceerde kolencentrales, waarmee waardevolle ervaringen voor de schone en lage energiecentrales worden onderzocht. -koolstoftransformatie van kolencentrales. Door de koolstofarme transformatie van de bestaande kolencentrales en de bouw van nieuwe koolstofarme kolencentrales op een gecoördineerde manier aan te passen, streven we ernaar de constructie van een nieuw energiesysteem te versnellen dat schoon, koolstofarm, veilig en zeer efficiënt is. efficiënt.

Volgens relevante voorspellingen zal de CO2-uitstoot van kolencentrales in 2030 ongeveer 4 miljard ton bedragen. Daarom zijn de koolstofarme technologieën van de steenkoolenergie-industrie de belangrijkste steun voor het bereiken van China's '2030 - 2060 Carbon Peak & Carbon Neutral'-doelstelling. Hoe kan de kolenenergie-industrie het koolstofarm maken van de economie bereiken?

01 Transformatie en bouwmethoden voor het koolstofarm maken van steenkool

Volgens het Programma voor de Transformatie van Koolstofarme Transformatie en de Bouw van Kolencentrales (2024-2027) zijn er drie specifieke manieren om steenkoolenergie om te zetten in een koolstofarme energievoorziening:

1, Biomassamenging. Door gebruik te maken van biomassabronnen zoals land- en bosbouwafval, afvalcentrales en hernieuwbare energiegewassen, en door rekening te houden met het duurzame aanbod van biomassabronnen, veiligheid, flexibiliteit, operationele efficiëntie en economische haalbaarheid, moeten kolengestookte elektriciteitsopwekkingseenheden worden gekoppeld aan biomassa. stroomopwekking. Na de transformatie en bouw zouden de kolencentrales in staat moeten zijn om meer dan 10% van de biomassabrandstoffen te mengen, waardoor het steenkoolverbruik en de CO2-uitstoot aanzienlijk worden verminderd.

2, Groene ammoniakmenging. Door groene ammoniakmenging te gebruiken met kolencentrales om elektriciteit op te wekken en een deel van de kolen te vervangen. Kolencentrales moeten na transformatie en constructie meer dan 10% groene ammoniak kunnen verbranden, met als doel dat het steenkoolverbruik en de CO2-uitstoot duidelijk kunnen worden verminderd.

3, Koolstofafvang, -gebruik en -opslag. Pas chemische methoden, adsorptie, membraan- en andere technologieën toe om kooldioxide in het rookgas van kolengestookte ketels te scheiden en op te vangen. Vang, zuiver en comprimeer kooldioxide door middel van druk- en temperatuuraanpassing. Bevorder de toepassing van geologische technologieën zoals het efficiënt aandrijven van olie door kooldioxide. Gebruik chemische technologieën zoals kooldioxide plus waterstof om methanol te verkrijgen. Implementeer geologische opslag van kooldioxide volgens lokale omstandigheden.

02 Transitietrajecten voor koolstofarme steenkoolenergie

De uitbreiding van schone energie, inclusief waterkracht, windenergie en zonne-energie, is de sleutel tot het verwezenlijken van de blauwdrukken voor een koolstofarme energievoorziening. Nadat aan de toenemende vraag naar energie is voldaan, is verdere vervanging van de bestaande steenkoolenergie nodig voor de transitie naar een koolstofarme energietransitie. Na 2030 zal niet-fossiele energie de bestaande steenkoolenergie vervangen en het grootste deel van de energievoorziening gaan vormen; en na 2050 zal het aandeel van de kolengestookte energieopwekking minder dan 5% van de totale Chinese energievoorziening bedragen.

Volgens een studie van de Renmin Universiteit van China over de ontwikkelingsvooruitzichten van China's koolstofarme transitie van steenkoolenergie, kan deze in de volgende drie stappen worden verdeeld:

1. Vanaf nu tot 2030, als voorbereidingsperiode voor de transitie naar een koolstofarme transitie, zal de capaciteit van steenkoolenergie vóór 2030 nog steeds gematigd groeien, terwijl tegelijkertijd de nieuwe energie het grootste deel van het energieaanbod zal vergroten en het aandeel van wind- en zonne-energie zal toenemen Het geïnstalleerde vermogen zal in 2030 ruim 40% bedragen.

2, Jaar 2030-2045, aangezien de snelle overgangsperiode, na 2030, het aandeel van wind- en zonne-energie snel groter zal zijn dan dat van steenkoolenergie, en de belangrijkste energiebron van het energiesysteem zal worden. Kolencentrales moeten worden gekoppeld aan biomassatechnologie, CCUS en andere schone koolstofarme technologieën, waardoor de CO2-uitstoot wordt verminderd.

3, Jaar 2045 -2060 als periode voor versterking en verbetering van de stroomvoorziening, tegen 2050 zal de vraag naar elektriciteit verzadigd zijn, steenkoolenergie zal volledig worden omgezet in een aangepaste stroomvoorziening, ten behoeve van de vertering en absorptie van de grote kracht van wind-zonne-energie en het leveren van nood- en reservestroom.

Hier is een voorbeeld van een machtsbasis in de Kubuqi-woestijn. De totale geplande capaciteit van de Kubuqi-energiebasis bedraagt 16 miljoen kilowatt, inclusief fotovoltaïsche energie van 8 miljoen kilowatt, windenergie van 4 miljoen kilowatt en geavanceerde hoogrenderende steenkoolenergiecapaciteit van 4 miljoen kilowatt. De zonne-energieprojecten die zijn gebouwd zijn spectaculair; er is al 2 miljoen kW geïnstalleerd fotovoltaïsch vermogen in bedrijf. Als alle projecten volledig voltooid zijn, kan naar schatting ongeveer 40 miljard kWh elektriciteit per jaar aan miljoenen gezinnen worden geleverd, waarbij schone energie meer dan 50% van het totaal voor haar rekening neemt, wat overeenkomt met een besparing van ongeveer 6 miljoen ton aan elektriciteit. standaardsteenkool en het verminderen van de CO2-uitstoot met ongeveer 16 miljoen ton per jaar. Het is de bedoeling dat er meer schone energiebases op komst zijn. Zonnepanelen voor het eerst gebouwd Zonnepanelen een jaar later Zonne-energiebasis vijf jaar later

Wat betreft EV en de bijbehorende oplaadinfrastructuur was volgens de statistieken het totale aantal EV-laadinfrastructuren eind mei 2024 in heel China opgelopen tot 9,92 miljoen eenheden, een stijging van 56% op jaarbasis. Onder hen waren de publieke laadfaciliteiten en de particuliere sector toegenomen tot respectievelijk 3,05 miljoen eenheden en 6,87 miljoen, met groeipercentages van respectievelijk 46% en 61% op jaarbasis. Dit betekent dat China het grootste oplaadinfrastructuurnetwerk ter wereld heeft gebouwd, dat het breedste servicegebied en scala aan oplaadtypen bestrijkt.

Groene, zeer efficiënte en economische methode vrijgegeven voor het recyclen van LCO en ternaire LIB's

2023-09-16 | Jerry Huang

Noot van de redactie: Lithium-ionbatterijen worden nu veel gebruikt in een verscheidenheid aan elektronische apparaten, elektrische voertuigen en energieopslag op elektriciteitsnet. De mondiale vraag naar lithium-ionbatterijen blijft aanzienlijk groeien. Er wordt geschat dat in 2030 het mondiale volume aan gebruikte lithium-ionbatterijen de 11 miljoen ton zal overschrijden, wat een enorme bron van vervuiling zal worden die het milieu en de volksgezondheid ernstig zou kunnen bedreigen. Tegelijkertijd vertaalt de groeiende vraag naar lithium-ionbatterijen zich in een groeiende vraag naar lithium en kobalt. Aan de andere kant is het gehalte aan lithium en kobalt in LIB-kathoden respectievelijk 15% en 7% gew, wat veel hoger is dan dat in ertsen en pekel. Daarom is de terugwinning van metaalelementen in gebruikte LIB-kathodes van grote ecologische, sociale en economische betekenis. Momenteel is de terugwinning van lithium-ionbatterijen hoofdzakelijk verdeeld in drie stappen: voorbehandeling, metaalextractie en metaalscheiding. Bij het onderzoek en de ontwikkeling van de metaalextractiestap van het recyclingproces is het hydrometallurgische proces een van de meest haalbare opties vanwege de hoge metaaluitlogingssnelheid en de bevredigende zuiverheid van de teruggewonnen producten. Het proces is echter niet zo milieuvriendelijk en ook niet erg economisch, omdat het gebruik van anorganische zuren gevaarlijke bijproducten met zich meebrengt; terwijl organische zuren extra reductiemiddelen of langere reactietijden en hogere temperaturen vereisen voor metaalterugwinning.

Onderzoekers van het Zhong Lin Wang-team brengen ons een mogelijke methode die groen, zeer efficiënt en economisch is voor het recyclen van LIB's, waaronder lithiumkobaltoxidebatterijen (LCO) en ternaire lithiumbatterijen.

Abstract

Met de mondiale trend naar koolstofneutraliteit neemt de vraag naar lithium-ionbatterijen (LIB’s) voortdurend toe. De huidige recyclingmethoden voor gebruikte LIB's moeten echter dringend worden verbeterd op het gebied van milieuvriendelijkheid, kosten en efficiëntie. Hier stellen we een mechano-katalytische methode voor, genaamd contact-elektro-katalyse, waarbij gebruik wordt gemaakt van radicalen die worden gegenereerd door contactelektrificatie om het uitlogen van metaal onder de ultrasone golf te bevorderen. Ook gebruiken we SiO2 als recycleerbare katalysator in het proces. Voor lithiumkobalt(III)oxide-batterijen bereikte de uitlogingsefficiëntie binnen 6 uur 100% voor lithium en 92,19% voor kobalt bij 90 °C. Voor ternaire lithiumbatterijen bedroeg de uitlogingsefficiëntie van lithium, nikkel, mangaan en kobalt respectievelijk 94,56%, 96,62%, 96,54% en 98,39% bij 70 °C binnen 6 uur. We verwachten dat deze methode een groene, zeer efficiënte en economische benadering kan bieden voor LIB-recycling, waarmee tegemoet wordt gekomen aan de exponentieel groeiende vraag naar LIB-producties.

Referentie

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

Een efficiënte, groene en economische methode voor het recyclen van LFP-batterijen

2023-09-16 | Jerry Huang

Noot van de redactie: Lithium-ionbatterijen worden nu veel gebruikt in een verscheidenheid aan elektronische apparaten, elektrische voertuigen en energieopslag op elektriciteitsnet. De mondiale vraag naar lithium-ionbatterijen blijft aanzienlijk groeien. Er wordt geschat dat in 2030 het mondiale volume aan gebruikte lithium-ionbatterijen de 11 miljoen ton zal overschrijden, wat een enorme bron van vervuiling zal worden die het milieu en de volksgezondheid ernstig zou kunnen bedreigen. Tegelijkertijd vertaalt de groeiende vraag naar lithium-ionbatterijen zich in een groeiende vraag naar lithium en kobalt. Aan de andere kant is het gehalte aan lithium en kobalt in LIB-kathoden respectievelijk 15% en 7% gew, wat veel hoger is dan dat in ertsen en pekel. Daarom is de terugwinning van metaalelementen in gebruikte LIB-kathodes van grote ecologische, sociale en economische betekenis. Momenteel is de terugwinning van lithium-ionbatterijen hoofdzakelijk verdeeld in drie stappen: voorbehandeling, metaalextractie en metaalscheiding. Bij het onderzoek en de ontwikkeling van de metaalextractiestap van het recyclingproces is het hydrometallurgische proces een van de meest haalbare opties vanwege de hoge metaaluitlogingssnelheid en de bevredigende zuiverheid van de teruggewonnen producten. Het proces is echter niet zo milieuvriendelijk en ook niet erg economisch, omdat het gebruik van anorganische zuren gevaarlijke bijproducten met zich meebrengt; terwijl organische zuren extra reductiemiddelen of langere reactietijden en hogere temperaturen vereisen voor metaalterugwinning.

Onderzoekers van het Zhong Lin Wang-team brengen ons een mogelijke methode die groen, zeer efficiënt en economisch is voor het recyclen van LIB's, vooral LFP-batterijen.

Abstract

De recycling van lithium-ijzerfosfaatbatterijen (LFP's), die meer dan 32% van het wereldwijde marktaandeel van lithium-ionbatterijen (LIB) vertegenwoordigen, heeft de aandacht getrokken vanwege de waardevolle elementbronnen en bezorgdheid over het milieu. De modernste recyclingtechnologieën, die doorgaans gebaseerd zijn op elektrochemische of chemische uitlogingsmethoden, hebben echter kritieke problemen zoals vervelende procedures, een enorm verbruik van chemicaliën en elektriciteit en secundaire vervuiling. Hier rapporteren we een innovatief, zelfaangedreven systeem dat bestaat uit een elektrochemische LIB-recyclingreactor en een tribo-elektrische nanogenerator (TENG) voor het recyclen van verbruikt LFP. In de elektrochemische LIB-recyclingreactor wordt het Cl−/ClO−-paar dat elektrochemisch in een NaCl-oplossing wordt gegenereerd, gebruikt als de redoxmediator om LFP af te breken in FePO4 en Li+ via de redox-gerichte reactie zonder extra chemicaliën. Bovendien is een TENG die gebruik maakt van afgedankte componenten van LIB's, waaronder behuizingen, aluminium-kunststoffilms en stroomafnemers, ontworpen om secundaire verontreinigende stoffen drastisch te minimaliseren. Bovendien oogst de TENG windenergie en levert een vermogen van 0,21 W voor het voeden van het elektrochemische recyclingsysteem en het opladen van batterijen. Daarom vertoont het voorgestelde systeem voor het recyclen van gebruikte LFP een hoge zuiverheid (Li2CO3, 99,70% en FePO4, 99,75%), zelfaangedreven eigenschappen, een vereenvoudigde behandelingsprocedure en een hoge winst, wat de duurzaamheid van LIB-technologieën kan bevorderen.

Referentie

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

50C snelladende Li-ionbatterijen met behulp van een grafietanode

2022-11-01 |

Abstract

Li-ionbatterijen hebben hun intrede gemaakt op de markt voor elektrische voertuigen met hoge energiedichtheden, maar ze hebben nog steeds last van trage kinetiek die wordt beperkt door de grafietanode. Hier zijn elektrolyten ontworpen die extreem snel opladen (XFC) mogelijk maken van een grafietanode in microformaat zonder Li-plating. Uitgebreide karakterisering en simulaties van de diffusie van Li+ in het bulkelektrolyt, het ladingsoverdrachtproces en de vaste elektrolyt-interfase (SEI) tonen aan dat een hoge ionische geleidbaarheid, lage desolvatie-energie van Li+ en beschermende SEI essentieel zijn voor XFC. Op basis van het criterium worden twee snelladende elektrolyten ontworpen: laagspannings 1,8 m LiFSI in 1,3-dioxolaan (voor LiFePO4||grafietcellen) en hoogspannings 1,0 m LiPF6 in een mengsel van 4-fluorethyleencarbonaat en acetonitril (7:3 vol) (voor LiNi0.8Co0.1Mn0.102||grafietcellen). De voormalige elektrolyt stelt de grafietelektrode in staat om 180 mAh g−1 te bereiken bij 50°C (1C = 370 mAh g−1), wat 10 keer hoger is dan dat van een conventionele elektrolyt. De laatste elektrolyt zorgt ervoor dat LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||grafietcellen (2 mAh cm−2, N/P-verhouding = 1) een recordbrekende omkeerbare capaciteit van 170 mAh g−1 leveren bij een lading van 4 ° C en een ontlading van 0,3 ° C . Dit werk onthult de belangrijkste mechanismen voor XFC en biedt leerzame elektrolytontwerpprincipes voor praktische snelladende LIB's met grafietanodes.

Referenties

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

Hoogspannings-Li-ionbatterij met hoge energiedichtheid blijkt goedkoop en metaalvrij te zijn

2022-07-10 | Jerry Huang

Noot van de redactie: onderzoekers rapporteren een doorbraak in hoogspannings-elektrochemie met hoge energiedichtheid van lithium-ionbatterijen die economisch en metaalvrij (milieuvriendelijk) is. Deze organische lithium-ionbatterij van de 4 V-klasse heeft een hoge theoretische capaciteit en een hoge spanning, terwijl hun praktische kathodematerialen en elektrolyten onontgonnen blijven.

Zijn redox-actieve organische kleine moleculen toepasbaar voor hoogspannings (>4 V) lithium-ionbatterijkathoden?

Door: Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Kazuyuki Iwase, Yoshiyuki Gambe, Itaru Honma | Voor het eerst gepubliceerd: 10 maart 2022 op Advanced Science

4 V-klasse organische lithium-ionbatterijen

Hoewel organische lithium-ionbatterijen veel aandacht hebben getrokken vanwege hun hoge theoretische capaciteiten, blijven organische hoogspanningskathodematerialen onontgonnen. In artikelnummer 2200187 rapporteren Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Itaru Honma en collega's de elektrochemie van croconzuur bij hoogspanning. Theoretisch en experimenteel onderzoek bevestigen dat de twee enolaten in croconzuur rond de 4 V-redox vertonen, die kan worden gebruikt voor energieopslag.

Abstract

Hoewel organische batterijen veel aandacht hebben getrokken vanwege hun hoge theoretische capaciteiten, blijven organische actieve materialen met hoog voltage (> 4 V vs Li/Li+) onontgonnen. Hier worden berekeningen van de dichtheidsfunctionaaltheorie gecombineerd met cyclische voltammetriemetingen om de elektrochemie van croconzuur (CA) te onderzoeken voor gebruik als kathodemateriaal voor lithium-ionbatterijen in zowel dimethylsulfoxide als γ-butyrolacton (GBL) elektrolyten. DFT-berekeningen tonen aan dat CA-dilitiumzout (CA-Li2) twee enolaatgroepen heeft die redoxreacties van meer dan 4,0 V ondergaan en een theoretische energiedichtheid op materiaalniveau van 1949 Wh kg-1 voor het opslaan van vier lithiumionen in GBL, wat de waarde van beide overschrijdt conventionele anorganische en bekende organische kathodematerialen. Cyclische-voltammetriemetingen onthullen een zeer omkeerbare redoxreactie door de enolaatgroep bij -4 V in beide elektrolyten. Batterijprestatietests van CA als lithium-ionbatterijkathode in GBL tonen twee ontlaadspanningsplateaus bij 3,9 en 3,1 V, en een ontlaadcapaciteit van 102,2 mAh g-1 zonder capaciteitsverlies na vijf cycli. Met de hogere ontladingsspanningen in vergelijking met de bekende, ultramoderne organische kleine moleculen, belooft CA een uitstekende kandidaat voor kathodemateriaal te zijn voor toekomstige organische lithium-ionbatterijen met hoge energiedichtheid.

Referenties:

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

Een baanbrekende technologie van LFP bij lage temperaturen onthuld

2022-04-19 | Jerry Huang

Op 15 april deed een R&D-team van Changzhou Liyuan New Energy Co in Nanjing een aankondiging dat het bedrijf een technologische doorbraak had bereikt op het gebied van LFP-kathodemateriaal, waardoor de prestaties en de laadsnelheid van LFP bij lage temperaturen aanzienlijk werden verbeterd.

Een EV aangedreven door een conventionele LFP-batterij heeft zijn eigen duidelijke nadeel van bereikangst, dat wil zeggen dat het bereik vaak ongeveer 50% is van het beweerde NEDC / WLTP / EPA-bereik bij lage temperaturen zoals -20 .

Het nieuwe LFP-materiaal, "LFP-1", zou zijn ontwikkeld door meer dan 20 R&D-experts van het Shenzhen Research Center na meer dan 2.000 herhaalde experimenten in acht jaar en het R&D-team heeft er 5 patenten mee gewonnen.

De baanbrekende prestaties van "LFP-1" zijn naar verluidt bereikt door het opzetten van hogesnelheidstransportkanalen voor lithiumionen in het kathodemateriaal samen met de modernste "energiebollen" -technologie; en de materiële kenmerken:

• Verhoging van de ontlaadcapaciteit van de LFP-batterij van 55% naar 85% bij -20℃ graden en van bijna nul tot 57% bij -40℃ graden.

• Bereik een actieradius van 500 kilometer in slechts 15 minuten 4C-snelladen. Ter vergelijking: een elektrische auto die wordt aangedreven door een conventionele LFP-batterij, heeft meestal 40 minuten snelladen nodig om een actieradius van ongeveer 550 kilometer te bereiken.

Zal natrium de volgende oplossing zijn?

2022-04-08 | Jerry Huang

In 2020 speculeerden EV-marktdeelnemers opgewonden dat de kostendaling van lithiumbatterijen een snelle groei van de EV-verkoop wereldwijd zou veroorzaken, en dat deed het ook.

Als het gaat om het eerste kwartaal van 2022, zijn de meesten van ons gewoon niet klaar om de "March Madness" te ontmoeten, zei de heer Jow Lowry van Global Lithium LLC, over een dramatische prijsstijging van lithiumcarbonaat en lithiumhydroxide in februari en begin Maart. Hij is echter van mening dat hoge lithiumprijzen niet zullen leiden tot vernietiging van de vraag op de EV-markt. "We hebben hoge lithiumprijzen omdat het gebrek aan investeringen de onbalans tussen vraag en aanbod heeft veroorzaakt. Ik geloof niet dat dit de vraag zal vernietigen. Ik geloof dat het, correcter gezegd, de vraag zal doorsturen. De EV-revolutie zal in dit decennium worden beperkt door een gebrek aan lithiumvoorziening. Daar bestaat nu geen twijfel over', zegt dhr. Jow Lowry.

Ondanks de recordhoge lithiumprijzen, hebben veel andere batterijmaterialen, zoals nikkel, kobalt en aluminium, dit jaar ook te maken gehad met een historische golf van prijsstijgingen in het eerste kwartaal, wat resulteerde in een aanhoudende stijging van de batterijkosten en meer dan 20 OEM's aankondigingen van hun EV prijsverhoging in maart 2022.

Dus waar gaat de lithiumbatterij naartoe? Sommige experts zeggen dat lithiumbatterijen zullen gaan naar middelgrote en high-end EV, consumentenelektronica, elektrische scheepsvoertuigen en luchtvoertuigen, enz.

Hoe zit het met het instapniveau van EV en energieopslag? Zullen natriumchemiebatterijen een andere keuze voor hen zijn? Er is een overvloed aan natrium en andere bronnen op aarde voor natriumbatterijen, waarvan wordt aangenomen dat ze zuinig en milieuvriendelijk zijn. Zijn er andere batterijoplossingen die zeer schaalbaar zijn? Laten we afwachten wat de volgende doorbraken in het onderzoek zullen zijn.

Celchemie Race: Lithium versus natriumsystemen

2021-12-08 | Jerry Huang

Onderzoek naar lithium-zwavel (Li/S ₈ ) en lithium-zuurstof (Li/O ₂ )-batterijen bij kamertemperatuur is de afgelopen tien jaar aanzienlijk toegenomen. De wedloop om dergelijke celsystemen te ontwikkelen wordt voornamelijk ingegeven door de zeer hoge theoretische energiedichtheid en de overvloed aan zwavel en zuurstof. De celchemie is echter complex en de vooruitgang in de richting van de ontwikkeling van praktische apparaten wordt nog steeds belemmerd door enkele fundamentele sleutelkwesties, die momenteel worden aangepakt door tal van benaderingen.

Verrassend genoeg is er niet veel bekend over de analoge op natrium gebaseerde batterijsystemen, hoewel de reeds gecommercialiseerde Na/S _8- en Na/NiCl _2- batterijen voor hoge temperaturen suggereren dat een oplaadbare batterij op basis van natrium op grote schaal haalbaar is. Bovendien is de natuurlijke overvloed aan natrium een aantrekkelijk voordeel voor de ontwikkeling van batterijen op basis van goedkope componenten.

Deze review geeft een samenvatting van de state-of-the-art kennis over lithium-zwavel- en lithium-zuurstofbatterijen en een directe vergelijking met de analoge natriumsystemen. De algemene eigenschappen, grote voordelen en uitdagingen, recente strategieën voor prestatieverbeteringen en algemene richtlijnen voor verdere ontwikkeling worden samengevat en kritisch besproken. In het algemeen heeft de vervanging van natrium door lithium een sterke invloed op de algemene eigenschappen van de celreactie en kunnen dus verschillen in ionentransport, fasestabiliteit, elektrodepotentiaal, energiedichtheid, enz. worden verwacht.

Of deze verschillen een meer omkeerbare celchemie ten goede zullen komen, is nog een open vraag, maar enkele van de eerste rapporten over Na/S _8- en Na/O _2- cellen op kamertemperatuur laten al enkele opwindende verschillen zien in vergelijking met de gevestigde Li/S _8- en Li / _O2 systemen.

Oplaadbare lithium-ionbatterijen (LIB's) zijn snel de belangrijkste vorm van energieopslag geworden voor alle mobiele toepassingen sinds hun commercialisering in het begin van de jaren negentig. Dit is voornamelijk te danken aan hun ongeëvenaarde energiedichtheid die andere oplaadbare batterijsystemen zoals metaalhydride of loodzuur gemakkelijk overtreft. De voortdurende behoefte om elektriciteit nog veiliger, compacter en betaalbaarder op te slaan, vereist echter voortdurend onderzoek en ontwikkeling.

De behoefte aan goedkope stationaire energieopslag is een extra uitdaging geworden, wat ook aanleiding geeft tot onderzoek naar alternatieve batterijen. Grote inspanningen zijn gericht op continue verbetering van de verschillende Li-ion-technologieën door bijvoorbeeld efficiëntere verpakking, verwerking, betere elektrolyten en geoptimaliseerde elektrodematerialen. Hoewel er de afgelopen jaren aanzienlijke vooruitgang is geboekt met betrekking tot de vermogensdichtheid, was de toename van de energiedichtheid (volumetrisch en gravimetrisch) relatief klein. Een vergelijking van verschillende batterijtechnologieën met betrekking tot hun energiedichtheden wordt getoond in figuur 1.

Figuur 1: Theoretische en (geschatte) praktische energiedichtheden van verschillende oplaadbare batterijen: Pb-zuur – loodzuur, NiMH – nikkelmetaalhydride, Na-ion – schatting afgeleid van gegevens voor Li-ion uitgaande van een iets lagere celspanning, Li- ion - gemiddelde over verschillende types, HT-Na / S ₈ - hoge temperatuur natrium-zwavel batterij, Li / S ₈ en Na / S ₈ - lithium-zwavel en natrium-zwavel batterij uitgaande _Li2S en Na2S als afvoer producten, Li /O ₂ en Na/O ₂ – lithium-zuurstofbatterij (theoretische waarden omvatten het gewicht van zuurstof en zijn afhankelijk van de stoichiometrie van het aangenomen ontladingsproduct, dwz oxide, peroxide of superoxide). Houd er rekening mee dat de waarden voor praktische energiedichtheden grotendeels kunnen variëren, afhankelijk van het batterijontwerp (grootte, hoog vermogen, hoog energieverbruik, enkele cel of batterij) en de staat van ontwikkeling. Alle waarden voor praktische energiedichtheden hebben betrekking op het celniveau (behalve Pb-zuur, 12 V). De waarden voor de Li/S _8- en Li/O _2- batterijen zijn ontleend aan de literatuur (aangehaald in de hoofdtekst) en worden gebruikt om de energiedichtheden voor de Na/S _8- en Na/O _2- cellen te schatten. Van de bovengenoemde technologieën zijn tot nu toe alleen de loodzuur-, NiMH-, Li-ion- en hoge temperatuur Na/S _8- technologieën op de markt gebracht.

Referenties:

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

Lithiumtetrafluorboraat (LiBF4) als elektrolytadditief voor lithium-ionbatterijen

2021-12-05 | Jerry Huang

Lithiumtetrafluorboraat (LiBF ₄ ), gebruikt als een elektrolytadditief om de cyclusprestaties van LiNi _0,5 Co _0,2 Mn _0,3 O ₂ /grafietcel (NMC532) bij hogere bedrijfsspanning te verbeteren, wordt onderzocht.

Met 1,0 gew.% LiBF4-toevoeging aan de elektrolyt, was het capaciteitsbehoud van de lithium-ionbatterij na 100 cycli sterk verbeterd van 29,2% tot 90,1% in de spanning van 3,0 V-4,5 V. Om het mechanisme van de capaciteitsretentieverbetering bij hoge spanningswerking, de eigenschappen met inbegrip van de celprestaties, het impedantiegedrag en de eigenschappen van de elektrode-interface-eigenschappen worden onderzocht.

Het is gebleken dat LiBF4 waarschijnlijk zou deelnemen aan de vorming van interfacefilm op beide elektroden. De verbeterde prestaties van de cel worden toegeschreven aan de wijziging van interfacelaagcomponenten op grafietanode en LiNi _0,5 Co _0,2 Mn _0,3 O ₂ kathode, wat leidt tot een verlaging van de grensvlakimpedantie.

Bron: Zuo, Xiaoxi & Fan, Chengjie & Liu, Jiansheng & Xiao, Xin & Wu, Junhua & Nan, Junmin. (2013). Lithiumtetrafluorboraat als elektrolytadditief om de hoogspanningsprestaties van lithium-ionbatterijen te verbeteren. Tijdschrift van de Electrochemical Society. 160. A1199-A1204. 10.1149/2.066308jes. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/2.066308jes

Lithiumdifluorfosfaat versus natriumdifluorfosfaat als Li-ion-elektrolytadditieven

2021-11-24 | Jerry Huang

Lithiumdifluorfosfaat (LiDFP, LFO) is zeer nuttig als elektrolytadditief om de prestaties van de levensduur van li-ionbatterijen en het behoud van de ontlaadcapaciteit bij hoge temperaturen te verbeteren, en om zelfontlading te verminderen. Terwijl natriumdifluorfosfaat vergelijkbare prestaties heeft in de NMC532-batterijcel? Laten we eens kijken naar een artikel dat in 2020 in Journal of The Electrochemical Society werd gepubliceerd.

Conclusie: Drie nieuwe difluorfosfaatzout-elektrolytadditieven werden gesynthetiseerd en geëvalueerd in NMC532/grafietbuidelcellen. Ammoniumdifluorfosfaat (AFO) wordt gemakkelijk bereid via een vaste stof, tafelmodelreactie van ammoniumfluoride en fosforpentoxide die slechts een zachte verhitting vereist om te starten. De beste opbrengst aan natriumdifluorfosfaat (NaFO) in de huidige studie werd verkregen door difluorfosforzuur en natriumcarbonaat te laten reageren in 1,2-diemethoxyethaan over 3 A moleculaire zeven, een zeer sterk droogmiddel. Tetramethylammoniumdifluorfosfaat (MAFO) werd bereid uit NaFO via kationenuitwisseling met tetramethylammoniumchloride.

NaFO is naar verluidt een zeer goed elektrolytadditief, met vergelijkbare prestaties in NMC532/gr-cellen als het bekendere lithiumdifluorfosfaat (LFO)-additief, waarbij elk een behoud van ongeveer 90% van de ontladingscapaciteit vertoont na meer dan 1500 cycli bij 40 °C. De stabiliteit op lange termijn tijdens fietsen tussen 3,0-4,3 V steekt gunstig af bij, maar is niettemin minder dan de 2% VC 1% DTD-benchmarkcellen die zijn gerapporteerd door Harlow et al., die een capaciteitsbehoud van ∼94% hebben na 1500 cycli. De gunstige aard van beide additieven is toe te schrijven aan het difluorfosfaatanion. Daarentegen blijken AFO en MAFO slechte elektrolytadditieven te zijn. Er wordt gesuggereerd dat dit te wijten is aan de vorming van lithiumnitride voor de eerste. Het is niet bekend waarom tetramethylammoniumkationen een negatief effect hebben op de celstabiliteit.

Referenties:

1. Synthese en evaluatie van difluorfosfaatzoutelektrolytadditieven voor lithium-ionbatterijen, Journal of The Electrochemical Society, 2020 167 100538, David S. Hall, Toren Hynes, Connor P. Aiken en JR Dahn