Er wordt een andere goedkope en groene technologie onthuld voor het recyclen van LIB-kathodes

2025-11-25 | Jerry Huang

Noot van de redactie: De snelle ontwikkeling van consumentenelektronica, elektrische voertuigen en netstroomopslag heeft geleid tot een enorme vraag naar lithium-ionbatterijen (LIB's). Met een levensduur van slechts 6-8 jaar wordt echter verwacht dat meer dan 11 miljoen ton batterijen tegen 2030 versleten zullen zijn, wat leidt tot ongekende druk op grondstoffen, milieurisico's en economische uitdagingen. Momenteel richten deze recyclinginspanningen zich op gerecyclede kathodematerialen (met name gelaagde metaaloxiden, LMO's), die hoogwaardige elementen zoals Li, Co, Ni en Mn bevatten.

Hier is een andere aanpak gepresenteerd door het Quanquan Pang-team van PKU en het gezamenlijke Jiashen Meng-team van WUT voor de recycling van gebruikte LIB-kathodes, met name LMO's. Dank aan alle onderzoekers, met groot respect.

Met name deze LTMS-ECR-aanpak verwerkt gebruikte kathodes die nog aan aluminium stroomcollectoren vastzitten, rechtstreeks, zonder dat de elektroden tot "zwart poeder" vermalen hoeven te worden. Dit vereenvoudigt de voorbehandelingsstappen aanzienlijk.

Er wordt beweerd dat de LTMS-ECR-technologie potentieel een hoge winstgevendheid van $ 1,86/kg kan opleveren bij het recyclen van gebruikte batterijen. Dit komt door het gebruik van herbruikbare, goedkope gesmolten zout-elektrolyten en Li2O, samen met de hoogwaardige bijproducten Co3O4 en LiCl. Dit is een bijna tienvoudige verbetering ten opzichte van pyrometallurgische en hydrometallurgische technologieën.

Analyses van de technische, economische en milieu-impact tonen aan dat LTMS-ECR een opmerkelijke economische haalbaarheid en koolstofduurzaamheid vertoont. De hoge terugwinningsefficiëntie, het lage energieverbruik en de milieuvriendelijkheid vormen een revolutionaire chemische route voor het recyclen van kathodemateriaal.

Abstract

Elektrochemische recycling (ECR) biedt een veelbelovende strategie die hernieuwbare energie benut om gebruikte gelaagde metaaloxiden (LMO's) te deconstrueren. Huidige ECR-benaderingen zijn echter beperkt tot hoge temperaturen (tot 750 °C) met alkalicarbonaat- of chloridesmelten als elektrolyten, wat leidt tot een hoog energieverbruik voor warmtetoevoer. In deze studie wordt een alkalichlooraluminaat-smeltelektrolyt met een laag smeltpunt voorgesteld, bestaande uit AlCl3–LiCl, die ECR-elektrolyse mogelijk maakt bij een temperatuur van slechts 150 °C. Dankzij de hoge oplosbaarheid van O2− ladingdrager in alkalichlooraluminaatsmelt, ondergaat de LMO-kathode elektrochemische reductieve destructurering om elementaire overgangsmetalen en lithiumchloride (LiCl) te produceren. Belangrijk is dat twee producten onoplosbaar zijn in de met Li2O toegevoegde smelt en kunnen worden gescheiden door een eenvoudige wateruitloogbehandeling. Met name door de integratie van een inerte TiN-anode wordt de CO2-uitstoot tijdens de elektrolyse geëlimineerd door in plaats daarvan O2 te genereren, wat verder bijdraagt aan de koolstofneutraliteit. Met de lagetemperatuur-elektrolyt-ECR (LTMS-ECR)-aanpak wordt een hoge kobaltrecuperatie van 97,3% voor LiCoO2 bereikt. Techno-economische analyses voorspellen dat de LTMS-ECR-technologie het energieverbruik en de CO2-uitstoot met ongeveer 20% vermindert en bijna tien keer winstgevender is dan conventionele methoden. Deze aanpak vormt een revolutionair alternatief voor energiezuinige, duurzame en economisch haalbare recycling van gebruikte LIB's.

Referenties

https://doi.org/10.1002/adma.202512984

Wat gebeurt er op de lithiummarkt, met name LiPF6?

2025-10-31 | Jerry Huang

De afgelopen vier maanden zijn de marktprijzen voor veel lithiumzouten, waaronder basiszouten als lithiumcarbonaat en lithiumhydroxide, duidelijk gestegen. Hetzelfde geldt voor LiPF6 en LiFSI, op basis van vraag en aanbod.

De vraag naar lithiumzouten voor energieopslag vanuit de binnenlandse markt is in de tweede helft van het jaar snel toegenomen. Samen met de groeiende vraag naar lithiumbatterijen vanuit de elektrische automarkt in de gebruikelijke, bloeiende maanden september en oktober, zorgt dit voor een grote vraag naar lithium, ook bij batterijfabrikanten die bijna op volle toeren draaien. Verrassend genoeg blijft de vraag vanuit buitenlandse markten ook toenemen. De sterke marktvraag ondersteunt de prijsstijging van lithiumzouten. Omdat LiPF6 nog steeds een belangrijk zout is voor elektrolyten op de Chinese markt, is de prijs ervan snel blijven stijgen en overtrof deze in oktober 2025 de prijs van LiFSI. We hebben een dergelijke situatie al vaker gezien.

Aan de andere kant heeft de prijsconcurrentie van de afgelopen jaren geleid tot een productiestop bij veel middelgrote en kleine lithiumzoutproducenten. Bovendien hebben sommige topproducenten een deel van hun productiecapaciteit stopgezet, waarna de herstart twee tot drie maanden zal duren. Veel nieuw geplande fabrieken en productiecapaciteit verlopen niet zo soepel als verwacht. Het aanbod van lithiumzouten is tijdelijk krap geworden op de markt na een periode van overcapaciteit van enkele jaren.

Omdat de prijzen van de basislithiumzouten, zoals lithiumcarbonaat en lithiumhydroxide, de afgelopen vier maanden bleven stijgen, zijn de kosten van LiPF6 en LiFSI ook in dezelfde periode gestegen.

Tot nu toe is LiPF6 het belangrijkste lithiumzout voor elektrolytproductie op de Chinese binnenlandse markt, waardoor de vraag ernaar momenteel groter is dan naar andere zouten. Zal het onevenwicht tussen vraag en aanbod in de nabije toekomst blijven toenemen of bijna in evenwicht komen? Laten we afwachten.

Poworks levert hoogwaardige lithiumcarbonaat, batterijkwaliteit, technische of zeer zuivere lithiumhydroxide, LiPF6 en LiFSI op volle snelheid. Neem gerust contact op.

Een goedkoop halidemateriaal met hoge energiedichtheid en lange levensduur onthuld

2025-09-09 | Jerry Huang

Noot van de redactie: Op het gebied van energieopslag worden volledig vaste-stofbatterijen beschouwd als de beste oplossing voor de volgende generatie energieopslagtechnologie, maar hun ontwikkeling wordt al lange tijd belemmerd door kritieke knelpunten in elektrodematerialen. Traditionele volledig vaste-stofbatterijen (ASSB's) bevatten doorgaans elektroden die zijn samengesteld uit actieve materialen, vaste elektrolyten en geleidende additieven. Deze inactieve componenten (die 40-50% van het elektrodevolume innemen) verminderen echter niet alleen de energiedichtheid, maar veroorzaken ook grensvlaknevenreacties en verhogen de tortuositeit van het lithiumiontransport. Hoewel "All-In-One"-ontwerpen (materialen met een hoge geleidbaarheid en elektrochemische activiteit) deze problemen zouden kunnen oplossen, hebben bestaande materialen zoals oxiden (lage capaciteit) en sulfiden (hoge kosten) moeite om te voldoen aan de eisen van toekomstige markten. Haliden bieden voordelen op het gebied van lage kosten en hoge ionische geleidbaarheid, maar kampen met onvoldoende elektronische geleidbaarheid en energiedichtheid. Daarom is de ontwikkeling van alles-in-één-materialen die hoge elektrochemische prestaties, goedkope schaalbaarheid en mechanische stabiliteit combineren een cruciale uitdaging geworden.

Hier is een uitstekend voorbeeld. Een team van de University of Western Ontario in Canada geeft een revolutionair antwoord in hun Nature-studie: ze ontwierpen 's werelds eerste halidemateriaal, Li₁.₃Fe₁.₂Cl₄, met een dynamisch zelfherstellend vermogen en drie-in-één integratie (kathode/elektrolyt/geleider). Dankzij reversibele Fe²⁺/Fe³⁺ redoxreacties en een uniek bros-naar-ductiel overgangsmechanisme behoudt dit materiaal na 3000 cycli nog steeds 90% van zijn capaciteit, met een elektrode-energiedichtheid van 529,3 Wh kg⁻¹ (schaalbaar tot 725,6 Wh kg⁻¹ met composietontwerpen). Opmerkelijker nog, de kosten bedragen slechts 26% van die van conventionele elektroden. Synchrotronstraling in combinatie met atomaire simulaties onthulde voor het eerst een door ijzermigratie geïnduceerd zelfherstellend mechanisme! Dit werk levert niet alleen een kernmateriaal op voor volledig vaste-stofbatterijen, maar biedt ook een paradigmatisch voorbeeld voor een alles-in-één-ontwerp dat materialen, mechanica en elektrochemie integreert. Dit is te danken aan de grote inspanningen van alle onderzoekers.

Abstract

Volledig vaste-stofbatterijen vereisen geavanceerde kathodeontwerpen om hun potentieel voor hoge energiedichtheid en economische levensvatbaarheid te realiseren. Geïntegreerde alles-in-één kathodes, die inactieve geleidende additieven en heterogene interfaces elimineren, beloven aanzienlijke energie- en stabiliteitswinst, maar worden gehinderd door materialen die onvoldoende Li+/e−-geleiding, mechanische robuustheid en structurele stabiliteit hebben. Hier presenteren we Li1.3Fe1.2Cl4, een kosteneffectief halidemateriaal dat deze uitdagingen overwint. Door gebruik te maken van reversibele Fe2+/Fe3+-redox en snel Li+/e−-transport binnen zijn raamwerk, bereikt Li1.3Fe1.2Cl4 een elektrode-energiedichtheid van 529,3 Wh kg−1 ten opzichte van Li+/Li. Cruciaal is dat Li1.3Fe1.2Cl4 unieke dynamische eigenschappen vertoont tijdens de cyclus, waaronder reversibele lokale Fe-migratie en een overgang van bros naar ductiel, wat zelfherstellend gedrag verleent. Dit maakt een uitzonderlijke cyclusstabiliteit mogelijk, met behoud van 90% capaciteit gedurende 3000 cycli bij een snelheid van 5 °C. Integratie van Li1.3Fe1.2Cl4 met een nikkelrijk gelaagd oxide verhoogt de energiedichtheid verder tot 725,6 Wh kg−1. Door de gunstige dynamische, mechanische en diffusie-eigenschappen van all-in-one haliden te benutten, positioneert dit werk all-in-one haliden als een mogelijkheid voor energierijke, duurzame kathodes in de volgende generatie volledig vaste-stofbatterijen.

Referenties

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

Zal polymeerlithium de race om de vaste-stofbatterij winnen?

2025-09-08 | Jerry Huang

Opmerking van de redacteur: Er zijn vier soorten elektrolyt voor vaste-stoflithiumbatterijen: polymeer, oxide, sulfide en halide, elk met specifieke eigenschappen:

Polymeerlithium-elektrolyten

Deze maken gebruik van polymeermaterialen als elektrolyten en bieden zowel flexibiliteit als een hoge ionengeleiding, waardoor ze geschikt zijn als overgangsoplossing voor halfvaste batterijen. Ze zijn goed verwerkbaar, hoewel de stabiliteit op lange termijn nog moet worden gevalideerd.

Lithiumoxide-elektrolyten

Deze elektrolyten zijn gebaseerd op materialen als lithiumoxide en zijn goedkoper en stabieler, maar hebben een relatief lage ionische geleidbaarheid.

Lithiumsulfide-elektrolyten

Deze elektrolyten, gebaseerd op lithiumsulfideverbindingen, hebben een hoge geleidbaarheid bij kamertemperatuur en een uitstekende interfacecompatibiliteit, waardoor ze de meest veelbelovende technologie zijn. Sulfidematerialen kampen echter met een slechte chemische stabiliteit en hoge productiekosten.

Lithiumhalide-elektrolyten

Halide-vaste-stofelektrolyten vertonen een hoge geleidbaarheid en oxidatiebestendigheid, maar de toepassingen bevinden zich nog in het laboratorium, met onduidelijke vooruitzichten op commerciële toepassing.

Gemeenschappelijke kenmerken

Volledig vaste-stofbatterijen vervangen traditionele vloeibare elektrolyten door anorganische poedermaterialen, wat de veiligheid en energiedichtheid aanzienlijk verbetert. Verschillende technische routes vertonen echter aanzienlijke verschillen in kosten en procesvolwassenheid. Zo biedt de sulfideroute weliswaar een hoge geleidbaarheid, maar kampt deze met een slechte chemische stabiliteit, terwijl de polymeerroute uitdagingen kent op het gebied van levensduur. Sommige experts zeggen dat de grootschalige commerciële productie van ASS-batterijen uiteindelijk zal afhangen van oplossingen uit de halfgeleiderindustrie, waaronder dunnefilmdepositie, precisie-inspectie en vacuümsystemen op productielijnniveau, evenals andere oplossingen zoals dunnefilm- en micro-nanostructurering. Naar verwachting zal dit zeven tot tien jaar duren.

De technologie voor vaste-stofbatterijen ondergaat momenteel een cruciale transitie van laboratoriumprototypes naar industrialisatie, waarbij sterk wordt uitgekeken naar een systematische herziening van het evaluatiekader. De laboratoriumfase richt zich primair op elektrochemische prestatiemetingen (zoals energiedichtheid, cyclusduur en snelheidscapaciteit), terwijl vaste-stofbatterijtechnologie op industriële schaal de vaststelling van multidimensionale evaluatiecriteria vereist:

1. Uitgebreide evaluaties: Industriële toepassingen moeten rekening houden met systemische factoren, waaronder: haalbaarheid van schaalbaarheid (inclusief procescompatibiliteit, opbrengstcontrole, enz.), volwassenheid van de toeleveringsketen (inclusief stabiliteit van kritische grondstoffen, ondersteuningsmogelijkheden voor gespecialiseerde apparatuur, enz.) en totale levenscycluskosten (inclusief inkoop van grondstoffen, productie, recycling, enz.);

2. Optimalisatie van technologie-kosten: industrialisatie vereist een optimale balans tussen technische gegevens en kosten, met inbegrip van een dynamische balans tussen elektrochemische prestaties en productiekosten; de impact van de selectie van het materiaalsysteem en de veerkracht van de toeleveringsketen; en een balans tussen de complexiteit van het productieproces en de schaalbaarheid;

3. Systematische evaluatie: naleving van belangrijke vereisten, waaronder consistentie in massaproductie (kwaliteitscontrolenorm 6σ), veiligheidscertificeringen (bijv. naleving van UL 9540A en andere internationale normen) en ontwerp van een enkelvoudige productiecapaciteit ≥2 GWh, enz.

Professor Guo heeft een andere mening over de winst van polymeerlithium in de race om vaste-stofbatterijen ten opzichte van lithiumsulfide-elektrolyten. Laten we eens kijken naar het onderzoek van het team van Xin Guo. Heel erg bedankt voor de geweldige inspanningen van alle onderzoekers.

Abstract

Vaste-stofbatterijen (SSB's) beloven een revolutie teweeg te brengen in energieopslag door verbeterde veiligheid, hogere energiedichtheid en een langere levensduur te bieden ten opzichte van conventionele lithium-ionbatterijen. Van de verschillende vaste elektrolyten vallen polymeren op door hun unieke combinatie van verwerkbaarheid, mechanische flexibiliteit en chemische veelzijdigheid. Deze review onderzoekt waarom polymeren klaar zijn om de race naar commerciële SSB's te leiden. Hun intrinsieke voordelen – zoals superieur grensvlakcontact met elektroden, instelbare ionengeleiding en compatibiliteit met schaalbare productiemethoden – evenals de belangrijkste technische uitdagingen waarmee ze te maken hebben, waaronder beperkte thermische stabiliteit, smalle elektrochemische vensters en grensvlakdegradatie, worden onderzocht. Deze studie belicht opkomende oplossingen uit recent onderzoek, waaronder moleculair ontwerp van polymeren, polymeer-keramische composieten en in-situ polymerisatiestrategieën. In tegenstelling tot oxide- en sulfidesystemen, die te maken hebben met aanzienlijke belemmeringen op het gebied van kosten, maakbaarheid en integratie, bieden polymeergebaseerde elektrolyten een realistisch en economisch haalbaar pad naar grootschalige implementatie. Dankzij de voortdurende vooruitgang in materiaalontwerp en industriële verwerking zijn polymeren niet alleen concurrerend, ze lopen ook voorop in de overgang naar de volgende generatie vaste-stofbatterijen.

Referenties

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

Laatste nieuws: Boorgelegeerde siliciumanodes verdrievoudigen de levensduur van lithium-ionbatterijen

2025-06-29 |

Abstract

Het stabiliseren van de vaste-elektrolytinterfase (SEI) blijft een belangrijke uitdaging voor anodes van silicium-gebaseerde lithium-ionbatterijen. Het legeren van silicium met secundaire elementen zoals boor is een veelbelovende strategie gebleken om de levensduur van siliciumanodes te verbeteren, maar het onderliggende mechanisme blijft onduidelijk. Om deze kennislacune aan te pakken, wordt systematisch onderzocht hoe de boorconcentratie de batterijprestaties beïnvloedt. Deze resultaten tonen een bijna monotone toename van de levensduur bij een hoger boorgehalte, waarbij elektroden met een hoog boorgehalte zuiver silicium aanzienlijk overtreffen. Bovendien vertonen anodes met een silicium-boorlegering een bijna drie keer langere kalenderlevensduur dan zuiver silicium. Door middel van gedetailleerde mechanistische analyse worden alternatieve bijdragende factoren systematisch uitgesloten en wordt voorgesteld dat verbeterde passivering voortkomt uit een sterke permanente dipool aan het oppervlak van de nanodeeltjes. Deze dipool, gevormd door ondergecoördineerd en sterk Lewiszuur boor, creëert een statische, ionendichte laag die de elektrochemische interface stabiliseert, parasitaire elektrolytafbraak vermindert en de stabiliteit op lange termijn verbetert. Deze bevindingen suggereren dat de elektrische dubbellaag binnen het SEI-kader een belangrijke overweging is bij oppervlaktepassivering. Dit inzicht biedt een nog onvoldoende onderzocht parametergebied voor het optimaliseren van siliciumanodes in lithium-ionbatterijen van de volgende generatie.

Referentie

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

Welk verschil maakt LiTFSI in natriummetaalbatterijen?

2025-06-29 |

Noot van de redactie: Natriummetaalbatterijen zijn belangrijk voor grootschalige energieopslag en mobiele elektronische apparaten als energieopslagapparaat met een hoge energiedichtheid en lage kosten. De prestaties van elektrolyt en SEI beperken echter de levensduur en de laad-/ontlaadsnelheid van natriummetaalbatterijen. Wat is het verschil tussen LiTFSI en natriummetaalbatterijen? Hier is een voorbeeld. Dankzij speciaal onderzoek van het Shuang Wan-team.

Abstract

Het construeren van een anorganisch-rijke en robuuste vaste elektrolyt-interfase (SEI) is een van de cruciale benaderingen om de elektrochemische prestaties van natriummetaalbatterijen (SMB's) te verbeteren. De lage geleidbaarheid en distributie van veel voorkomende anorganische stoffen in SEI verstoren echter de Na+-diffusie en induceren een ongelijkmatige natriumafzetting. Hier construeren we een unieke SEI met gelijkmatig verspreide, hooggeleidende anorganische stoffen door een zelfopofferende LiTFSI in de natriumzout-basecarbonaat-elektrolyt te introduceren. Het reductieve concurrentie-effect tussen LiTFSI en FEC vergemakkelijkt de vorming van de SEI met gelijkmatig verspreide anorganische stoffen. Hierbij bieden de hooggeleidende Li3N en anorganische stoffen snelle ionentransportdomeinen en high-flux nucleatieplaatsen voor Na+, wat bevorderlijk is voor snelle natriumafzetting met een hoge snelheid. De SEI afgeleid van LiTFSI en FEC zorgt er daarom voor dat de Na∥Na3V2(PO4)3-cel een capaciteitsbehoud van 89,15% (87,62 mA · hg–1) laat zien bij een ultrahoge temperatuur van 60 °C na 10.000 cycli, terwijl de cel zonder LiTFSI slechts 48,44% capaciteitsbehoud laat zien, zelfs na 8000 cycli. Bovendien vertoont de Na∥Na3V2(PO4)3-pocketcel met de speciale SEI een stabiel capaciteitsbehoud van 92,05% bij 10 °C na 2000 cycli. Dit unieke SEI-ontwerp illustreert een nieuwe strategie om kleine en middelgrote bedrijven aan te zetten tot extreem hoge temperaturen.

Copyright © 2023 American Chemical Society

Referentie

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

LiTFSI biedt grote hulp bij hoge prestaties van sulfide-gebaseerde volledig vaste lithiumbatterijen

2025-06-27 |

Noot van de redactie: Hoe helpt LiTFSI, CAS: 90076-65-6, bij de ontwikkeling van een volledig vaste lithiumbatterij op basis van sulfide? Hier is een voorbeeld. Dankzij het buitengewone onderzoek van het Fangyang Liu-team.

Abstract

Het smalle elektrochemische venster van sulfide-elektrolyten kan leiden tot verschillende faalmechanismen aan de grensvlakken van de kathode en anode. De introductie van verschillende modificatiestrategieën voor de kathode en anode verhoogt de complexiteit van het fabricageproces voor sulfidegebaseerde volledig vaste-stof lithiumbatterijen (ASSLB's). In dit werk werd een geïntegreerde modificatiestrategie toegepast door lithium bis(trifluoromethaansulfonyl)imide (LiTFSI)-mantels te introduceren tijdens het natte raffinageproces van Li6PS5Cl (LPSC), wat met succes in situ robuuste gefluoreerde grensvlakken aan zowel de kathode als de anode construeerde. Aan de lithiumanodezijde onderdrukten de verminderde elektronische geleidbaarheid van LiTFSI@LPSC en de vorming van een gefluoreerd grensvlak de groei van lithiumdendriet effectief, wat verder werd bevestigd door de Density-Functional Theory (DFT)-berekeningen. Als resultaat realiseerde de Li|LiTFSI@LPSC|Li-cel een kritische stroomdichtheid tot 1,6 mA cm−2 en stabiele cyclusprestaties gedurende 1500 uur bij 0,2 mA cm−2. Aan de kathodezijde verbeterde de LiTFSI@LPSC niet alleen het Li+-transport binnen de composietkathode, maar ontbond de LiTFSI-schil in situ ook in een op LiF gebaseerde kathode-elektrolytinterfase (CEI). Het capaciteitsbehoud bereikte 98,6% na 500 cycli bij 2 °C met LiNi0,83Co0,11Mn0,06O2 (NCM83) bij een hoge afsnijspanning van 4,6 V. De gefunctionaliseerde LiTFSI@LPSC faciliteert een uitgebreide, alles-in-één interfacemodificatie voor zowel de anode- als de kathodezijde, wat de interface-engineering in sulfide-gebaseerde ASSLB's aanzienlijk vereenvoudigt en tegelijkertijd uitzonderlijke elektrochemische prestaties levert.

Referentie

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

Wat is er nieuw in LiTFSI-toepassingen?

2025-06-26 | Jerry Huang

Lithiumbis(trifluormethaansulfonyl)imide (LiTFSI), met de chemische molecuulformule C2F6LiNO4S2, is een witte kristallijne of poedervormige organische stof met een hoge elektrochemische en thermische stabiliteit. Als elektrolytadditief kan LiTFSI worden toegepast in diverse batterijsystemen, zoals primaire lithiumbatterijen, secundaire lithiumbatterijen en vaste-stoflithiumbatterijen.

Lithiumbis(trifluormethylsulfonyl)imide (LiTFSI), een belangrijk onderdeel van de elektrolyt van lithium-ionbatterijen, staat bekend om zijn uitstekende thermische en elektrochemische stabiliteit. Door zijn unieke moleculaire configuratie vormt dit lithiumzout een vast anionnetwerk in de elektrolyt, wat niet alleen de viscositeit van de oplossing aanzienlijk verlaagt, maar ook de lithium-ionentransportsnelheid aanzienlijk verhoogt. Deze eigenschap vertaalt zich direct in een hoge efficiëntie bij het laden en ontladen van batterijen, waardoor LiTFSI ideaal is voor het verbeteren van de algehele prestaties van lithium-ionbatterijen. Vooral in het onderzoek naar en de ontwikkeling van solid-state lithiumbatterijen toont LiTFSI een groot potentieel. Bovendien toont het zeer positieve prestaties in onderzoek naar natriummetaalbatterijen (SMB's) en zal het naar verwachting verdere innovatie in batterijtechnologie stimuleren. De prestatiestabiliteit van LiTFSI in complexe en systematische omgevingen is echter een urgent probleem dat in het huidige onderzoek moet worden opgelost.

Lithiumbis(trifluormethylsulfonyl)imide (LiTFSI) wordt nu massaal toegepast in nieuwe soorten batterijen, zoals vaste-stof lithium-ionbatterijen, waaronder polymeer vaste-stofbatterijen, sulfide vaste-stofbatterijen en oxide vaste-stofbatterijen. LiTFSI is nuttig gebleken voor het verbeteren van de batterijprestaties, onder meer door zijn rol bij anodebescherming, het vergemakkelijken van snelladen en het bevorderen van een hoog rendement bij een breed temperatuurbereik. Lithiumbis(trifluormethaansulfonyl)imide is een van de belangrijkste elektrolytadditieven voor lithiumbatterijen. Het kan de elektrochemische stabiliteit, cyclusprestaties en geleidbaarheid van de elektrolyt verbeteren en heeft een minder corrosief effect op aluminiumfolie bij hogere spanningen, wat kan worden aangepast om de energiedichtheid van batterijen in de elektrische-voertuigenindustrie te verhogen.

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