Odkryto niedrogi materiał halogenkowy o dużej gęstości energii i długim cyklu życia

2025-09-09 | Jerry Huang

Uwaga redaktora: W dziedzinie magazynowania energii, baterie typu all-solid-state są uważane za najlepsze rozwiązanie w technologii magazynowania energii nowej generacji, jednak ich rozwój od dawna jest ograniczony przez krytyczne wąskie gardła w materiałach elektrod. Tradycyjne baterie typu all-solid-state (ASSB) zazwyczaj zawierają elektrody złożone z materiałów aktywnych, elektrolitów stałych i dodatków przewodzących. Jednak te nieaktywne komponenty (zajmujące 40–50% objętości elektrod) nie tylko zmniejszają gęstość energii, ale także indukują reakcje uboczne na powierzchniach międzyfazowych i zwiększają krętość transportu jonów litu. Chociaż projekty typu „wszystko w jednym” (materiały charakteryzujące się wysoką przewodnością i aktywnością elektrochemiczną) mogłyby rozwiązać te problemy, istniejące materiały, takie jak tlenki (niska pojemność) i siarczki (wysoki koszt), mają trudności ze spełnieniem wymagań przyszłych rynków. Halogenki oferują zalety w postaci niskiego kosztu i wysokiej przewodności jonowej, ale charakteryzują się niewystarczającą przewodnością elektronową i gęstością energii. Dlatego opracowanie materiałów typu „wszystko w jednym”, które łączą wysoką wydajność elektrochemiczną, niedrogą skalowalność ze stabilnością mechaniczną, stało się kluczowym wyzwaniem.

Oto doskonały przykład. Zespół z University of Western Ontario w Kanadzie udziela rewolucyjnej odpowiedzi w swoim badaniu opublikowanym w czasopiśmie Nature – zaprojektował pierwszy na świecie materiał halogenkowy, Li₁.₃Fe₁.₂Cl₄, charakteryzujący się dynamiczną zdolnością do samonaprawy i integracją trzy w jednym (katoda/elektrolit/przewodnik). Dzięki odwracalnym reakcjom redoks Fe²⁺/Fe³⁺ i unikalnemu mechanizmowi przejścia kruchego w ciągliwy, materiał ten zachowuje 90% pojemności po 3000 cyklach, osiągając gęstość energetyczną elektrody 529,3 Wh kg⁻¹ (możliwą do skalowania do 725,6 Wh kg⁻¹ w przypadku konstrukcji kompozytowych). Co więcej, jego koszt stanowi zaledwie 26% kosztu konwencjonalnych elektrod. Promieniowanie synchrotronowe w połączeniu z symulacjami atomowymi po raz pierwszy ujawniło mechanizm samonaprawy indukowany migracją żelaza! Praca ta nie tylko dostarcza materiał bazowy do baterii całkowicie półprzewodnikowych, ale także stanowi przykład paradygmatu dla projektu typu „wszystko w jednym”, integrującego materiały, mechanikę i elektrochemię. Dziękujemy za ogromny wysiłek wszystkich badaczy.

Abstrakcyjny

Akumulatory całkowicie półprzewodnikowe wymagają zaawansowanych konstrukcji katod, aby wykorzystać ich potencjał w zakresie wysokiej gęstości energii i opłacalności. Zintegrowane katody typu „wszystko w jednym”, które eliminują nieaktywne dodatki przewodzące i heterogeniczne interfejsy, dają nadzieję na znaczne zwiększenie energii i stabilności, ale są utrudnione przez materiały o niewystarczającej przewodności Li+/e−, wytrzymałości mechanicznej i stabilności strukturalnej. W niniejszym artykule przedstawiamy Li1,3Fe1,2Cl4, ekonomiczny materiał halogenkowy, który pokonuje te wyzwania. Wykorzystując odwracalną reakcję redoks Fe₂/Fe₂+ i szybki transport Li+/e−, Li1,3Fe1,2Cl4 osiąga gęstość energii elektrody równą 529,3 Wh·kg−1 w porównaniu z Li+/Li. Co istotne, Li1,3Fe1,2Cl4 wykazuje unikalne właściwości dynamiczne podczas cykli, w tym odwracalną lokalną migrację Fe oraz przejście z kruchego do ciągliwego, które zapewnia zdolność samonaprawiania. Zapewnia to wyjątkową stabilność cykli, utrzymując 90% pojemności przez 3000 cykli przy temp. 5°C. Integracja Li1,3Fe1,2Cl4 z warstwowym tlenkiem bogatym w nikiel dodatkowo zwiększa gęstość energii do 725,6 Wh kg−1. Wykorzystując korzystne właściwości dynamiczne, mechaniczne i dyfuzyjne halogenków typu „wszystko w jednym”, niniejsza praca ustanawia je jako drogę do uzyskania gęstych energetycznie, trwałych katod w bateriach nowej generacji ze stałym elektrolitem.

Odniesienia

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

Polimerowo-litowe baterie wygrają wyścig baterii ze stałym elektrolitem?

2025-09-08 | Jerry Huang

Uwaga redaktora: W przypadku baterii litowo-jonowych ze stałym elektrolitem stosuje się cztery rodzaje elektrolitu: polimerowy, tlenkowy, siarczkowy i halogenkowy, z których każdy ma inne właściwości:

Polimerowe elektrolity litowe

Wykorzystując materiały polimerowe jako elektrolity, oferują one elastyczność i wysoką przewodność jonową, dzięki czemu nadają się jako rozwiązanie przejściowe dla akumulatorów półstałych. Charakteryzują się dobrą przetwarzalnością, choć długoterminowa stabilność cykliczna wymaga jeszcze potwierdzenia.

Elektrolity tlenku litu

Elektrolity te, bazujące na materiałach takich jak tlenek litu, są tańsze i cechują się dobrą stabilnością, ale wykazują stosunkowo niską przewodność jonową.

Elektrolity siarczku litu

Oparte na związkach siarczku litu, elektrolity te charakteryzują się wysoką przewodnością w temperaturze pokojowej i doskonałą kompatybilnością międzyfazową, co czyni je najbardziej obiecującą komercyjnie technologią spośród wszystkich. Materiały siarczkowe charakteryzują się jednak niską stabilnością chemiczną i wysokimi kosztami produkcji.

Elektrolity halogenkowo-litowe

Stałe elektrolity halogenkowe charakteryzują się wysoką przewodnością i odpornością na utlenianie, ale wciąż pozostają na etapie laboratoryjnym, a perspektywy ich komercjalizacji są niejasne.

Cechy wspólne

Akumulatory w pełni ze stałym elektrolitem zastępują tradycyjne elektrolity ciekłe nieorganicznymi materiałami proszkowymi, co znacznie zwiększa bezpieczeństwo i gęstość energii. Jednak różne rozwiązania techniczne różnią się znacząco pod względem kosztów i dojrzałości procesu. Na przykład, chociaż rozwiązanie siarczkowe charakteryzuje się wysoką przewodnością, charakteryzuje się słabą stabilnością chemiczną, podczas gdy rozwiązanie polimerowe ma problemy z wydajnością cyklu życia.

Technologia baterii półprzewodnikowych przechodzi obecnie przez krytyczny etap transformacji – od prototypów laboratoryjnych do industrializacji, co z niecierpliwością oczekuje systematycznej przebudowy ram oceny. Faza laboratoryjna koncentruje się przede wszystkim na parametrach wydajności elektrochemicznej (takich jak gęstość energii, cykl życia i wydajność), podczas gdy technologia baterii półprzewodnikowych na skalę przemysłową wymaga ustalenia wielowymiarowych kryteriów oceny:

1. Rozszerzone oceny: Zastosowania przemysłowe muszą uwzględniać czynniki systemowe, w tym: wykonalność skalowalności (obejmującą zgodność procesów, kontrolę wydajności itp.), dojrzałość łańcucha dostaw (obejmującą stabilność kluczowych surowców, specjalistyczne możliwości obsługi sprzętu itp.) oraz całkowity koszt cyklu życia (obejmujący zakup surowców, produkcję, recykling itp.);

2. Optymalizacja kosztów technologicznych: Industrializacja wymaga optymalnej równowagi między danymi technicznymi a kosztami, w tym dynamicznej równowagi między wydajnością elektrochemiczną a kosztami produkcji; wpływem wyboru systemu materiałowego a odpornością jego łańcucha dostaw; oraz równowagi między złożonością procesu produkcyjnego a skalowalnością;

3. Ocena systematyczna: zgodność z kluczowymi wymogami, w tym spójność produkcji masowej (norma kontroli jakości 6σ), certyfikaty bezpieczeństwa (np. zgodność z UL 9540A i innymi normami międzynarodowymi) oraz projekt zdolności produkcyjnej pojedynczej linii ≥2 GWh itd.

Profesor Guo ma odmienny pogląd na zwycięstwo polimeru litu w wyścigu o baterie ze stałym elektrolitem nad elektrolitami siarczku litu. Przyjrzyjmy się badaniom zespołu Xin Guo. Bardzo dziękujemy wszystkim badaczom za ich ogromny wysiłek.

Abstrakcyjny

Baterie półprzewodnikowe (SSB) obiecują zrewolucjonizować magazynowanie energii, oferując zwiększone bezpieczeństwo, wyższą gęstość energii i dłuższą żywotność w porównaniu z konwencjonalnymi bateriami litowo-jonowymi. Spośród różnych elektrolitów stałych, polimery wyróżniają się unikalnym połączeniem przetwarzalności, podatności mechanicznej i wszechstronności chemicznej. Niniejszy przegląd analizuje, dlaczego polimery są gotowe przewodzić w wyścigu o komercyjne baterie SSB. Przeanalizowano ich wewnętrzne zalety – takie jak doskonały kontakt międzyfazowy z elektrodami, regulowane przewodnictwo jonowe i kompatybilność ze skalowalnymi metodami produkcji – a także kluczowe wyzwania techniczne, z jakimi się borykają, w tym ograniczoną stabilność termiczną, wąskie okna elektrochemiczne i degradację międzyfazową. W niniejszym badaniu podkreślono nowe rozwiązania wynikające z najnowszych badań, w tym projektowanie molekularne polimerów, kompozyty polimerowo-ceramiczne oraz strategie polimeryzacji in situ. W przeciwieństwie do systemów tlenkowych i siarczkowych, które napotykają na istotne bariery w zakresie kosztów, możliwości produkcyjnych i integracji, elektrolity polimerowe oferują realistyczną i ekonomicznie opłacalną drogę do wdrożenia na dużą skalę. Dzięki stałemu postępowi w projektowaniu materiałów i przetwarzaniu przemysłowym polimery nie tylko są konkurencyjne, ale także wiodą prym w procesie transformacji w kierunku baterii ze stałym elektrolitem nowej generacji.

Odniesienia

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

Najnowsze: anody krzemowe ze stopu boru potrajają żywotność kalendarzową baterii litowo-jonowych

2025-06-29 |

Abstrakcyjny

Stabilizacja stałej fazy elektrolitu (SEI) pozostaje kluczowym wyzwaniem dla anod baterii litowo-jonowych na bazie krzemu. Stopowanie krzemu z pierwiastkami wtórnymi, takimi jak bor, wyłoniło się jako obiecująca strategia poprawy cyklu życia anod krzemowych, jednak mechanizm leżący u jego podstaw pozostaje niejasny. Aby rozwiązać tę lukę w wiedzy, systematycznie bada się, w jaki sposób stężenie boru wpływa na wydajność baterii. Wyniki te pokazują niemal monotoniczny wzrost cyklu życia przy wyższej zawartości boru, przy czym elektrody bogate w bor znacznie przewyższają czysty krzem. Ponadto anody ze stopu krzemu i boru wykazują prawie trzykrotnie dłuższy kalendarzowy okres życia niż czysty krzem. Poprzez szczegółową analizę mechanistyczną systematycznie wyklucza się alternatywne czynniki przyczyniające się do tego zjawiska i proponuje się, że ulepszona pasywacja wynika z silnego stałego dipola na powierzchni nanocząstki. Dipol ten, utworzony przez niedokoordynowany i silnie kwaśny bor Lewisa, tworzy statyczną, gęstą jonowo warstwę, która stabilizuje interfejs elektrochemiczny, zmniejszając pasożytniczy rozkład elektrolitu i zwiększając długoterminową stabilność. Wyniki te sugerują, że w ramach SEI podwójna warstwa elektryczna jest ważnym czynnikiem w pasywacji powierzchni. Ta wiedza dostarcza niedostatecznie zbadaną przestrzeń parametrów do optymalizacji anod krzemowych w bateriach litowo-jonowych nowej generacji.

Odniesienie

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

Jak technologia LiTFSI wpływa na różnice w akumulatorach sodowo-metalowych?

2025-06-29 |

Uwaga redaktora: Baterie sodowo-metalowe są ważne dla magazynowania energii na dużą skalę i mobilnych urządzeń elektronicznych jako urządzenie magazynujące energię o dużej gęstości energii i niskim koszcie. Jednak wydajność elektrolitu i SEI ogranicza cykl życia i szybkość ładowania/rozładowania baterii sodowo-metalowych. Jak LiTFSI wpływa na baterie sodowo-metalowe? Oto przykład. Dzięki specjalnym badaniom zespołu Shuang Wan.

Abstrakcyjny

Budowa bogatej w związki nieorganiczne i wytrzymałej stałej fazy elektrolitycznej (SEI) jest jednym z kluczowych podejść do poprawy wydajności elektrochemicznej baterii sodowo-metalowych (SMB). Jednak niska przewodność i rozkład powszechnych związków nieorganicznych w SEI zakłócają dyfuzję Na+ i powodują nierównomierne osadzanie sodu. Tutaj budujemy unikalną SEI z równomiernie rozproszonymi związkami nieorganicznymi o wysokiej przewodności, wprowadzając poświęcający się LiTFSI do elektrolitu węglanowego na bazie soli sodowej. Efekt konkurencji redukującej między LiTFSI i FEC ułatwia tworzenie SEI z równomiernie rozproszonymi związkami nieorganicznymi. W którym wysoce przewodzący Li3N i związki nieorganiczne zapewniają domeny szybkiego transportu jonów i miejsca zarodkowania o wysokim strumieniu dla Na+, co sprzyja szybkiemu osadzaniu sodu z dużą szybkością. Dlatego SEI pochodzące z LiTFSI i FEC umożliwia ogniwu Na∥Na3V2(PO4)3 wykazanie 89,15% retencji pojemności (87,62 mA hg–1) przy ultrawysokiej szybkości 60 C po 10 000 cykli, podczas gdy ogniwo bez LiTFSI zapewnia jedynie 48,44% retencji pojemności nawet po 8000 cykli. Co więcej, ogniwo kieszeniowe Na∥Na3V2(PO4)3 ze specjalnym SEI zapewnia stabilne utrzymanie pojemności na poziomie 92,05% przy 10 C po 2000 cyklach. Ta unikalna konstrukcja SEI wyjaśnia nową strategię napędzania małych i średnich przedsiębiorstw do działania w warunkach ekstremalnie wysokiej szybkości.

Prawa autorskie © 2023 Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne

Odniesienie

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

LiTFSI oferuje dużą pomoc w zakresie wysokiej wydajności baterii litowo-jonowych na bazie siarczków

2025-06-27 |

Uwaga redaktora: W jaki sposób LiTFSI, CAS: 90076-65-6, pomaga w rozwoju baterii litowej all-solid-sate na bazie siarczków? Oto przykład. Dzięki niezwykłym badaniom zespołu Fangyang Liu.

Abstrakcyjny

Wąskie okno elektrochemiczne elektrolitów siarczkowych może prowadzić do różnych mechanizmów awarii na stykach katody i anody. Wprowadzenie odrębnych strategii modyfikacji dla katody i anody zwiększa złożoność procesu wytwarzania baterii litowych w stanie stałym na bazie siarczków (ASSLB). W tej pracy zastosowano zintegrowaną strategię modyfikacji poprzez wprowadzenie powłok bis(trifluorometanosulfonylo)imidu litu (LiTFSI) podczas procesu rafinacji na mokro Li6PS5Cl (LPSC), który pomyślnie skonstruował in situ wytrzymałe interfejsy fluorowane zarówno po stronie katody, jak i anody jednocześnie. Po stronie anody litu zmniejszona przewodność elektroniczna LiTFSI@LPSC i generacja interfejsu fluorowanego skutecznie zahamowały wzrost dendrytu litu, co zostało dodatkowo potwierdzone obliczeniami teorii funkcjonału gęstości (DFT). W rezultacie ogniwo Li|LiTFSI@LPSC|Li osiągnęło krytyczną gęstość prądu do 1,6 mA cm−2 i stabilną wydajność cykli przez 1500 h przy 0,2 mA cm−2. Po stronie katody, LiTFSI@LPSC nie tylko poprawiło transport Li+ w katodzie kompozytowej, ale także powłoka LiTFSI in situ rozłożyła się na interfazę elektrolitu katody na bazie LiF (CEI). Utrzymanie pojemności osiągnęło 98,6% po 500 cyklach w 2C z LiNi0,83Co0,11Mn0,06O2 (NCM83) przy wysokim napięciu odcięcia 4,6 V. Funkcjonalizowany LiTFSI@LPSC ułatwia kompleksową, uniwersalną modyfikację interfejsu zarówno po stronie anody, jak i katody, znacznie upraszczając inżynierię interfejsu w ASSLB na bazie siarczków, zapewniając jednocześnie wyjątkową wydajność elektrochemiczną.

Odniesienie

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

Co nowego w aplikacjach LiTFSI?

2025-06-26 | Jerry Huang

Bis(trifluorometanosulfonylo)imid litu (LiTFSI) o wzorze chemicznym C2F6LiNO4S2 to biała krystaliczna lub proszkowa substancja organiczna o wysokiej stabilności elektrochemicznej i termicznej. Jako dodatek elektrolityczny LiTFSI można stosować w różnych systemach baterii, takich jak podstawowe baterie litowe, wtórne baterie litowe i baterie litowe ze stałym elektrolitem.

Bis(trifluorometylosulfonylo)imid litu (LiTFSI), kluczowy składnik elektrolitu baterii litowo-jonowych, jest znany ze swojej doskonałej stabilności termicznej i elektrochemicznej. Dzięki swojej unikalnej konfiguracji molekularnej ta sól litowa buduje stałą sieć anionów w elektrolicie, co nie tylko znacznie zmniejsza lepkość roztworu, ale także dramatycznie zwiększa szybkość przepływu jonów litu. Ta właściwość bezpośrednio przekłada się na wysoką wydajność procesu ładowania i rozładowywania baterii, dzięki czemu LiTFSI idealnie nadaje się do zwiększania ogólnej wydajności baterii litowo-jonowych. Szczególnie w badaniach i rozwoju baterii litowych ze stałym elektrolitem LiTFSI wykazuje duży potencjał. Ponadto wykazuje bardzo pozytywne wyniki w badaniach nad bateriami sodowo-metalowymi (SMB) i oczekuje się, że będzie napędzać dalsze innowacje w technologii baterii. Jednak stabilność działania LiTFSI w złożonych i systematycznych środowiskach to pilne kwestie do rozwiązania w obecnych badaniach.

Litowo-bis(trifluorometylosulfonylo)imid (LiTFSI) zaczął być stosowany masowo w nowych typach baterii, takich jak litowo-jonowe baterie półprzewodnikowe, w tym polimerowe baterie półprzewodnikowe, siarczkowe baterie półprzewodnikowe i tlenkowe baterie półprzewodnikowe. Wykazano, że LiTFSI jest przydatny do poprawy wydajności baterii, w tym jego roli w ochronie anodowej, ułatwianiu możliwości szybkiego ładowania i promowaniu wysokiej przewagi w szerokim zakresie temperatur. Litowo-bis(trifluorometanosulfonylo)imid jest jednym z ważnych dodatków elektrolitowych do baterii litowych, który może poprawić stabilność elektrochemiczną, wydajność cykliczną i przewodność elektrolitu, a także ma mniej korozyjny wpływ na folię aluminiową przy wyższych napięciach, co można dostosować do zwiększenia gęstości energii baterii w przemyśle pojazdów elektrycznych.

Oczekuje się, że zostanie zbudowany niskoemisyjny system zasilania

2024-07-21 | Jerry Huang

W dniu 15 lipca 2024 r. Chińska Narodowa Komisja Rozwoju i Reform (NDRC) oraz Krajowa Administracja Energii (NEA) wydały „Program transformacji niskoemisyjnej i budowy elektrowni węglowych (2024-2027)”, w którym stwierdza się, że: Do 2025 r. rozpoczną się wszystkie projekty transformacji niskoemisyjnej pierwszych elektrowni węglowych i zostaną wdrożone szereg niskoemisyjnych technologii energetycznych; emisje dwutlenku węgla w ramach odpowiednich projektów zostaną zmniejszone o około 20% na kilowatogodzinę w porównaniu z 2023 r., nawet wyraźnie poniżej emisji dwutlenku węgla z istniejących zaawansowanych elektrowni węglowych, zdobywając w ten sposób cenne doświadczenia w zakresie czystej i niskoemisyjnej -transformacja węglowa elektrowni węglowych. Dostosowując transformację niskoemisyjną istniejących bloków węglowych i budowę nowych niskoemisyjnych bloków węglowych w sposób skoordynowany, dążymy do przyspieszenia budowy nowego systemu energetycznego, który będzie czysty, niskoemisyjny, bezpieczny i wysoce wydajny.

Według odpowiednich prognoz do 2030 roku emisja CO2 z elektrowni węglowych wyniesie około 4 miliardów ton. Dlatego niskoemisyjne technologie energetyki węglowej są kluczowym wsparciem w osiągnięciu chińskiego celu „2030–2060 Carbon Peak & Carbon Neutral”. Jak zatem energetyka węglowa mogłaby osiągnąć dekarbonizację?

01 Transformacja dekarbonizacji energetyki węglowej i metody jej budowy

Zgodnie z Programem niskoemisyjnej transformacji i budowy elektrowni węglowych (2024-2027) istnieją trzy konkretne sposoby transformacji energetyki węglowej w niskoemisyjną:

1, Mieszanie biomasy. Wykorzystując zasoby biomasy, takie jak odpady rolne i leśne, odpady oraz rośliny wytwarzające energię odnawialną, a także biorąc pod uwagę zrównoważone dostawy zasobów biomasy, bezpieczeństwo, elastyczność, efektywność operacyjną i wykonalność ekonomiczną, jednostki wytwórcze opalane węglem powinny być sprzęgane z biomasą wytwarzanie energii. Po transformacji i budowie elektrownie węglowe powinny mieć możliwość mieszania powyżej 10% paliw z biomasy, co znacząco obniży zużycie węgla i emisję dwutlenku węgla.

2, Mieszanie zielonego amoniaku. Poprzez zastosowanie zielonego amoniaku w jednostkach węglowych w celu wytworzenia energii elektrycznej i zastąpienia części węgla. Bloki węglowe powinny mieć możliwość spalania więcej niż 10% zielonego amoniaku po transformacji i budowie, mając na celu wyraźne zmniejszenie zużycia węgla i emisji dwutlenku węgla.

3, Wychwytywanie, wykorzystanie i składowanie dwutlenku węgla. Przyjęcie metod chemicznych, technologii adsorpcyjnych, membranowych i innych w celu oddzielania i wychwytywania dwutlenku węgla w gazach spalinowych z kotłów węglowych. Wychwytuj, oczyszczaj i kompresuj dwutlenek węgla poprzez regulację ciśnienia i temperatury. Promuj zastosowanie technologii geologicznych, takich jak efektywne wydobywanie ropy za pomocą dwutlenku węgla. Aby uzyskać metanol, należy zastosować technologie chemiczne, takie jak dwutlenek węgla i wodór. Wdrożyć geologiczne składowanie dwutlenku węgla zgodnie z lokalnymi warunkami.

02 Drogi transformacji w kierunku niskoemisyjnej energetyki węglowej

Ekspansja czystej energii, w tym energii wodnej, wiatrowej i słonecznej, jest kluczem do realizacji planów dostaw energii niskoemisyjnej. Po zaspokojeniu rosnącego zapotrzebowania na energię konieczna jest dalsza wymiana istniejącej energii węglowej w celu przejścia na energetykę niskoemisyjną. Po roku 2030 energetyka niekopalna zastąpi dotychczasową energetykę węglową i stanie się głównym elementem zaopatrzenia w energię; a po 2050 r. udział energetyki węglowej w całkowitym zaopatrzeniu Chin w energię będzie wynosić mniej niż 5%.

Według badania przeprowadzonego na Uniwersytecie Renmin w Chinach na temat perspektyw rozwoju przejścia na niskoemisyjną energetykę węglową w Chinach, można je podzielić na trzy etapy:

1. Od teraz do roku 2030, będącego okresem przygotowawczym do przejścia na gospodarkę niskoemisyjną, moce elektrowni węglowych będą nadal umiarkowanie rosły przed rokiem 2030, jednocześnie nowa energia stanie się większością wzrostu dostaw energii, a udział energii wiatrowej i słonecznej do roku 2030 moc zainstalowana przekroczy 40%.

2, Rok 2030-2045 jako szybki okres przejściowy, po roku 2030 udział energii wiatrowej i słonecznej gwałtownie przekroczy udział energii węglowej, stając się głównym źródłem zasilania systemu elektroenergetycznego. Elektrownie węglowe należy połączyć z technologią biomasy, CCUS i innymi czystymi technologiami niskoemisyjnymi, zmniejszając w ten sposób emisję dwutlenku węgla.

3, Rok 2045 -2060 jako okres wzmocnienia i poprawy dostaw energii, do 2050 r. zapotrzebowanie na energię elektryczną zostanie nasycone, energia węglowa zostanie całkowicie przekształcona w źródło zasilania dostosowawczego, służącego trawieniu i absorpcji głównej mocy energii wiatrowo-słonecznej oraz zapewnienie zasilania awaryjnego i rezerwowego.

Oto przykład bazy mocy na pustyni Kubuqi. Całkowita planowana moc bazy energetycznej Kubuqi wynosi 16 milionów kilowatów, w tym energia fotowoltaiczna 8 milionów kilowatów, energia wiatrowa 4 miliony kilowatów i zaawansowana, wysokowydajna moc elektrowni węglowych wynosząca 4 miliony kilowatów. Zrealizowane projekty energii słonecznej są spektakularne, a 2 mln kW zainstalowanej mocy fotowoltaicznej jest już w użyciu. Szacuje się, że jeśli wszystkie projekty zostaną w pełni ukończone, około 40 miliardów kWh energii elektrycznej będzie można dostarczyć milionom rodzin rocznie, przy czym czysta energia będzie stanowić ponad 50% całości, co odpowiada oszczędności około 6 milionów ton energii standardowy węgiel i ograniczenie emisji dwutlenku węgla o około 16 mln ton rocznie. Planuje się, że w drodze będzie więcej baz czystej energii. Zbudowano pierwsze panele słoneczne Panele słoneczne rok później Baza energii słonecznej pięć lat później

Jeśli chodzi o pojazdy elektryczne i infrastrukturę ładowania, według statystyk do końca maja 2024 r. całkowita liczba infrastruktur ładowania pojazdów elektrycznych w całych Chinach wyniosła 9,92 mln jednostek, co oznacza wzrost o 56% rok do roku. Wśród nich liczba publicznych stacji ładowania i sektora prywatnego wzrosła odpowiednio do 3,05 mln i 6,87 mln, przy stopach wzrostu odpowiednio 46% i 61% r/r. Oznacza to, że Chiny zbudowały największą na świecie sieć infrastruktury ładowania, obejmującą najszerszy obszar usług i zakres rodzajów ładowania.

Ekologiczna, wysoce wydajna i ekonomiczna metoda recyklingu LCO i trójskładnikowych LIB

2023-09-16 | Jerry Huang

Nota wydawcy: Baterie litowo-jonowe są obecnie szeroko stosowane w różnych urządzeniach elektronicznych, pojazdach elektrycznych i magazynach energii na skalę sieciową. Globalny popyt na akumulatory litowo-jonowe stale rośnie. Szacuje się, że do 2030 roku światowy wolumen zużytych akumulatorów litowo-jonowych przekroczy 11 mln ton, co stanie się ogromnym źródłem zanieczyszczeń mogącym poważnie zagrozić środowisku i zdrowiu publicznemu. Jednocześnie rosnące zapotrzebowanie na akumulatory litowo-jonowe przekłada się na rosnące zapotrzebowanie na lit i kobalt. Natomiast zawartość litu i kobaltu w katodach LIB wynosi odpowiednio 15% i 7% mas. i jest znacznie wyższa niż w rudach i solankach. Dlatego odzysk pierwiastków metalicznych w zużytych katodach LIB ma ogromne znaczenie środowiskowe, społeczne i gospodarcze. Obecnie odzysk akumulatorów litowo-jonowych dzieli się głównie na trzy etapy: obróbkę wstępną, ekstrakcję metalu i separację metalu. W badaniach i rozwoju etapu ekstrakcji metalu w procesie recyklingu, proces hydrometalurgiczny jest jedną z najbardziej opłacalnych opcji ze względu na dużą szybkość wymywania metalu i zadowalającą czystość odzyskanych produktów. Jednakże proces ten nie jest ani przyjazny dla środowiska, ani zbyt ekonomiczny, ponieważ użycie kwasów nieorganicznych powoduje powstawanie niebezpiecznych produktów ubocznych; podczas gdy kwasy organiczne wymagają dodatkowych środków redukujących lub dłuższych czasów reakcji i wyższych temperatur w celu odzyskania metalu.

Naukowcy z zespołu Zhong Lin Wang przedstawiają możliwą metodę, która jest ekologiczna, wysoce wydajna i ekonomiczna w recyklingu LIB, w tym akumulatorów litowo-kobaltowo-tlenkowych (LCO) i trójskładnikowych akumulatorów litowych.

Abstrakcyjny

Wraz z globalnym trendem zmierzającym do neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla, zapotrzebowanie na akumulatory litowo-jonowe (LIB) stale rośnie. Jednakże obecne metody recyklingu zużytych LIB wymagają pilnego ulepszenia pod względem przyjazności dla środowiska, kosztów i wydajności. Tutaj proponujemy metodę mechanokatalityczną, zwaną elektrokatalizą kontaktową, wykorzystującą rodniki generowane przez elektryfikację kontaktową w celu wspomagania ługowania metalu pod falą ultradźwiękową. W procesie wykorzystujemy również SiO2 jako katalizator nadający się do recyklingu. W przypadku akumulatorów litowo-kobaltowych (III) skuteczność ługowania osiągnęła 100% dla litu i 92,19% dla kobaltu w temperaturze 90 °C w ciągu 6 godzin. W przypadku trójskładnikowych akumulatorów litowych skuteczność wymywania litu, niklu, manganu i kobaltu osiągnęła odpowiednio 94,56%, 96,62%, 96,54% i 98,39% w temperaturze 70 ° C w ciągu 6 godzin. Przewidujemy, że ta metoda może zapewnić ekologiczne, wysoce wydajne i ekonomiczne podejście do recyklingu LIB, zaspokajając wykładniczo rosnące zapotrzebowanie na produkcję LIB.

Odniesienie

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

Wydajna, ekologiczna i ekonomiczna metoda recyklingu akumulatorów LFP

2023-09-16 | Jerry Huang

Nota wydawcy: Baterie litowo-jonowe są obecnie szeroko stosowane w różnych urządzeniach elektronicznych, pojazdach elektrycznych i magazynach energii na skalę sieciową. Globalny popyt na akumulatory litowo-jonowe stale rośnie. Szacuje się, że do 2030 roku światowy wolumen zużytych akumulatorów litowo-jonowych przekroczy 11 mln ton, co stanie się ogromnym źródłem zanieczyszczeń mogącym poważnie zagrozić środowisku i zdrowiu publicznemu. Jednocześnie rosnące zapotrzebowanie na akumulatory litowo-jonowe przekłada się na rosnące zapotrzebowanie na lit i kobalt. Natomiast zawartość litu i kobaltu w katodach LIB wynosi odpowiednio 15% i 7% mas. i jest znacznie wyższa niż w rudach i solankach. Dlatego odzysk pierwiastków metalicznych w zużytych katodach LIB ma ogromne znaczenie środowiskowe, społeczne i gospodarcze. Obecnie odzysk akumulatorów litowo-jonowych dzieli się głównie na trzy etapy: obróbkę wstępną, ekstrakcję metalu i separację metalu. W badaniach i rozwoju etapu ekstrakcji metalu w procesie recyklingu, proces hydrometalurgiczny jest jedną z najbardziej opłacalnych opcji ze względu na wysoką szybkość wymywania metalu i zadowalającą czystość odzyskanych produktów. Jednakże proces ten nie jest ani przyjazny dla środowiska, ani zbyt ekonomiczny, ponieważ użycie kwasów nieorganicznych powoduje powstawanie niebezpiecznych produktów ubocznych; podczas gdy kwasy organiczne wymagają dodatkowych środków redukujących lub dłuższych czasów reakcji i wyższych temperatur w celu odzyskania metalu.

Naukowcy z zespołu Zhong Lin Wang przedstawiają możliwą metodę, która jest ekologiczna, wysoce wydajna i ekonomiczna w recyklingu LIB, zwłaszcza baterii LFP.

Abstrakcyjny

Recykling akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych (LFP), które stanowią ponad 32% udziału w światowym rynku akumulatorów litowo-jonowych (LIB), wzbudził zainteresowanie ze względu na cenne zasoby pierwiastków i kwestie ochrony środowiska. Jednak najnowocześniejsze technologie recyklingu, które zazwyczaj opierają się na metodach elektrochemicznych lub ługowaniu chemicznym, wiążą się z krytycznymi problemami, takimi jak żmudne procedury, ogromne zużycie środków chemicznych/elektryczności i wtórne zanieczyszczenie. W tym miejscu przedstawiamy innowacyjny system z własnym zasilaniem składający się z elektrochemicznego reaktora do recyklingu LIB i nanogeneratora tryboelektrycznego (TENG) do recyklingu zużytego LFP. W elektrochemicznym reaktorze do recyklingu LIB para Cl-/ClO- wytworzona elektrochemicznie w roztworze NaCl zostaje przyjęta jako mediator redoks w celu rozbicia LFP na FePO4 i Li+ w drodze reakcji ukierunkowanej redoks bez dodatkowych środków chemicznych. Dodatkowo TENG, który wykorzystuje wyrzucone komponenty z LIB, w tym obudowy, folie aluminiowo-plastikowe i kolektory prądu, został zaprojektowany tak, aby drastycznie zminimalizować wtórne zanieczyszczenia. Ponadto TENG pozyskuje energię wiatru, dostarczając moc wyjściową 0,21 W do zasilania systemu recyklingu elektrochemicznego i ładowania akumulatorów. Dlatego proponowany system recyklingu zużytego LFP charakteryzuje się wysoką czystością (Li2CO3, 99,70% i FePO4, 99,75%), funkcjami samodzielnego zasilania, uproszczoną procedurą przetwarzania i wysokim zyskiem, co może promować zrównoważony rozwój technologii LIB.

Odniesienie

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

Szybkie ładowanie akumulatorów litowo-jonowych 50C za pomocą anody grafitowej

2022-11-01 |

Abstrakcyjny

Akumulatory litowo-jonowe wkroczyły na rynek pojazdów elektrycznych z wysoką gęstością energii, ale nadal cierpią z powodu powolnej kinetyki ograniczonej przez anodę grafitową. Tutaj zaprojektowano elektrolity umożliwiające ekstremalnie szybkie ładowanie (XFC) mikrorozmiarowej anody grafitowej bez powlekania Li. Kompleksowa charakterystyka i symulacje dyfuzji Li+ w elektrolicie luzem, proces przenoszenia ładunku i interfaza elektrolitu stałego (SEI) pokazują, że wysoka przewodność jonowa, niska energia desolwatacji Li+ i ochronny SEI są niezbędne dla XFC. W oparciu o kryterium projektuje się dwa szybko ładujące się elektrolity: niskonapięciowy LiFSI 1,8 m w 1,3-dioksolanie (dla ogniw LiFePO4||grafitowy) oraz wysokonapięciowy 1,0 m LiPF6 w mieszaninie węglanu 4-fluoroetylenu i acetonitrylu (7:3 obj.) (dla ogniw LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||grafitowych). Poprzedni elektrolit pozwala na osiągnięcie przez elektrodę grafitową 180 mAh g-1 w temperaturze 50°C (1C = 370 mAh g-1), czyli 10 razy więcej niż w przypadku konwencjonalnego elektrolitu. Ten ostatni elektrolit umożliwia ogniwom LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2||grafitowi (2 mAh cm−2, stosunek N/P = 1) osiągnięcie rekordowej pojemności odwracalnej 170 mAh g−1 przy ładowaniu w temperaturze 4C i rozładowywaniu w temperaturze 0,3C . Prace te ujawniają kluczowe mechanizmy XFC i dostarczają pouczających zasad projektowania elektrolitów do praktycznych, szybko ładujących się LIB z anodami grafitowymi.

Bibliografia

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