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

Wysokonapięciowy akumulator litowo-jonowy o dużej gęstości energii jest tani i nie zawiera metali

2022-07-10 | Jerry Huang

Od redakcji: Naukowcy donoszą o przełomowej elektrochemii wysokonapięciowej i wysokiej gęstości energii baterii litowo-jonowej, która jest ekonomiczna i wolna od metali (przyjazna dla środowiska). Ta organiczna bateria litowo-jonowa klasy 4 V charakteryzuje się wysoką teoretyczną pojemnością i wysokim napięciem, a ich praktyczne materiały katodowe i elektrolity pozostają niezbadane.

Czy małe cząsteczki organiczne o działaniu redoks nadają się do stosowania w wysokonapięciowych (>4 V) katodach akumulatorów litowo-jonowych?

Autorzy: Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Kazuyuki Iwase, Yoshiyuki Gambe, Itaru Honma | Pierwsza publikacja: 10 marca 2022 r. w Advanced Science

4 organiczne baterie litowo-jonowe klasy V

Podczas gdy organiczne akumulatory litowo-jonowe przyciągnęły dużą uwagę ze względu na ich wysokie teoretyczne pojemności, wysokonapięciowe organiczne materiały katodowe pozostają niezbadane. W artykule nr 2200187 Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Itaru Honma i współpracownicy opisują elektrochemię kwasu krokowego pod wysokim napięciem. Badania teoretyczne i eksperymentalne potwierdzają, że dwa enolany w kwasie krokowym wykazują około 4 V redoks, który może być wykorzystany do magazynowania energii.

Abstrakcyjny

Podczas gdy akumulatory organiczne przyciągnęły dużą uwagę ze względu na ich wysokie teoretyczne pojemności, organiczne materiały aktywne wysokiego napięcia (> 4 V w porównaniu z Li/Li+) pozostają niezbadane. W tym przypadku obliczenia teorii funkcjonału gęstości są łączone z pomiarami cyklicznej woltamperometrii w celu zbadania elektrochemii kwasu krokowego (CA) do zastosowania jako materiał katodowy akumulatora litowo-jonowego zarówno w elektrolitach sulfotlenku dimetylu, jak i γ-butyrolaktonu (GBL). Obliczenia DFT wykazują, że sól dwulitowa CA (CA–Li2) ma dwie grupy enolowe, które przechodzą reakcje redoks powyżej 4,0 V, oraz teoretyczną gęstość energii na poziomie materiału 1949 Wh kg–1 do przechowywania czterech jonów litu w GBL — przekraczającą wartość obu konwencjonalne nieorganiczne i znane organiczne materiały katodowe. Pomiary woltamperometrii cyklicznej ujawniają wysoce odwracalną reakcję redoks grupy enolowej przy ~4 V w obu elektrolitach. Testy wydajności baterii CA jako katody litowo-jonowej baterii w GBL wykazały dwa plateau napięcia rozładowania przy 3,9 i 3,1 V oraz pojemność rozładowania 102,2 mAh g-1 bez utraty pojemności po pięciu cyklach. Przy wyższych napięciach rozładowania w porównaniu ze znanymi, najnowocześniejszymi małymi cząsteczkami organicznymi, CA może być głównym kandydatem na materiał katodowy dla przyszłych akumulatorów litowo-jonowych o wysokiej gęstości energii.

Bibliografia:

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

Ujawniono przełomową technologię niskotemperaturowego LFP

2022-04-19 | Jerry Huang

15 kwietnia zespół badawczo-rozwojowy z Changzhou Liyuan New Energy Co ogłosił w Nanjing, że firma dokonała przełomu technologicznego w zakresie materiału katodowego LFP, który znacznie poprawił wydajność LFP, a także szybkość ładowania w niskiej temperaturze.

Pojazd elektryczny zasilany konwencjonalnym akumulatorem LFP ma swoją oczywistą wadę lęku przed zasięgiem, tzn. jego zasięg często wynosi około 50% jego deklarowanego zakresu NEDC / WLTP / EPA w niskich temperaturach, takich jak -20℃.

Nowy materiał LFP, „LFP-1”, został rzekomo opracowany przez ponad 20 ekspertów ds. Badań i rozwoju z Centrum Badawczego w Shenzhen po ponad 2000 powtórzonych eksperymentów w ciągu ośmiu lat, a zespół badawczo-rozwojowy zdobył z nim 5 patentów.

Przełomowe osiągi „LFP-1” mają zostać osiągnięte poprzez ustanowienie szybkich kanałów transportowych jonów litu wewnątrz materiału katody wraz z najnowocześniejszą technologią „sfer energetycznych”; oraz cechy materiału:

• Zwiększenie szybkości rozładowywania baterii LFP z 55% do 85% przy -20℃ oraz z prawie zera do 57% przy -40℃.

• Zasięg 500 kilometrów w zaledwie 15 minutach szybkiego ładowania 4C. Dla porównania, pojazd elektryczny zasilany konwencjonalnym akumulatorem LFP potrzebuje zwykle 40 minut szybkiego ładowania, aby osiągnąć zasięg około 550 kilometrów.

Czy sód będzie następnym rozwiązaniem?

2022-04-08 | Jerry Huang

W 2020 roku uczestnicy rynku EV z ekscytacją spekulowali, że spadek kosztów baterii litowych przyniesie szybki wzrost sprzedaży pojazdów elektrycznych na całym świecie i rzeczywiście tak się stało.

Jeśli chodzi o pierwszy kwartał 2022 r., większość z nas po prostu nie jest gotowa na „marcowe szaleństwo”, powiedział Jow Lowry z Global Lithium LLC, o dramatycznym wzroście cen węglanu litu i wodorotlenku litu w lutym i na początku Marsz. Uważa jednak, że wysokie ceny litu nie spowodują zniszczenia popytu na rynku EV. „Mamy wysokie ceny litu, ponieważ brak inwestycji spowodował nierównowagę między podażą a popytem. Nie wierzę, że to zniszczy popyt. Wierzę, że jest, a dokładniej mówiąc, przesunie popyt. Rewolucję EV będzie w tej dekadzie ograniczać brak dostaw litu. Teraz nie ma co do tego wątpliwości” — mówi Jow Lowry.

Pomimo rekordowo wysokich cen litu, wiele innych materiałów stosowanych w akumulatorach, takich jak nikiel, kobalt i aluminium, również napotkało historyczną falę wzrostu cen w pierwszym kwartale tego roku, co spowodowało ciągły wzrost kosztów akumulatorów i ponad 20 ogłoszeń OEM dotyczących ich pojazdów elektrycznych. podwyżka cen w marcu 2022 r.

Więc dokąd zmierza bateria litowa? Niektórzy eksperci twierdzą, że baterie litowe trafią do pojazdów elektrycznych średniej i wysokiej klasy, elektroniki użytkowej, elektrycznych pojazdów morskich i statków powietrznych itp.

A co z podstawowymi pojazdami elektrycznymi i magazynowaniem energii? Czy baterie sodowe będą dla nich kolejnym wyborem? Na ziemi istnieje obfitość sodu i innych zasobów potrzebnych do produkcji akumulatorów sodowych, które uważa się za ekonomiczne i przyjazne dla środowiska. Czy istnieją inne rozwiązania bateryjne, które są wysoce skalowalne? Poczekajmy i zobaczmy, jakie przełomowe odkrycia naukowe nadejdą w następnej kolejności.

Wyścig chemii komórkowej: układy litowo-sodowe

2021-12-08 | Jerry Huang

Badania poświęcone bateriom litowo-siarkowym (Li/S ₈ ) i litowo-tlenowym (Li/O ₂ ) w temperaturze pokojowej znacznie wzrosły w ciągu ostatnich dziesięciu lat. Wyścig o opracowanie takich systemów komórkowych jest motywowany głównie bardzo wysoką teoretyczną gęstością energii oraz obfitością siarki i tlenu. Chemia komórek jest jednak złożona, a postęp w kierunku opracowywania praktycznych urządzeń nadal utrudniają pewne podstawowe kluczowe kwestie, którymi obecnie zajmuje się wiele podejść.

Co zaskakujące, niewiele wiadomo na temat analogicznych systemów akumulatorów sodowych, chociaż skomercjalizowane już wysokotemperaturowe akumulatory Na/S ₈ i Na/NiCl ₂ sugerują, że akumulator sodowy jest wykonalny na dużą skalę. Ponadto naturalna obfitość sodu jest atrakcyjną korzyścią dla rozwoju akumulatorów opartych na tanich komponentach.

Niniejszy przegląd stanowi podsumowanie aktualnej wiedzy na temat akumulatorów litowo-siarkowych i litowo-tlenowych oraz bezpośrednie porównanie z analogicznymi systemami sodowymi. Ogólne właściwości, główne korzyści i wyzwania, ostatnie strategie poprawy wydajności i ogólne wytyczne dotyczące dalszego rozwoju zostały podsumowane i poddane krytycznej dyskusji. Ogólnie rzecz biorąc, zastąpienie sodu litem ma silny wpływ na ogólne właściwości reakcji ogniwa i można się więc spodziewać różnic w transporcie jonów, stabilności faz, potencjale elektrody, gęstości energii itp.

To, czy te różnice przyniosą korzyść bardziej odwracalnej chemii ogniw, jest nadal kwestią otwartą, ale niektóre z pierwszych doniesień na temat _{ogniw Na/S 8} i Na/O ₂ w temperaturze pokojowej już wykazują pewne ekscytujące różnice w porównaniu z ustalonymi Li/S ₈ i li / _O2 systemami.

Akumulatory litowo-jonowe (LIB) szybko stały się najważniejszą formą magazynowania energii dla wszystkich zastosowań mobilnych od czasu ich komercjalizacji na początku lat 90-tych. Wynika to głównie z ich niezrównanej gęstości energii, która z łatwością przewyższa inne systemy akumulatorów, takie jak metalowo-wodorkowe lub kwasowo-ołowiowe. Jednak ciągła potrzeba przechowywania energii elektrycznej w jeszcze bezpieczniejszy, bardziej kompaktowy i tańszy sposób wymaga ciągłych badań i rozwoju.

Dodatkowym wyzwaniem stała się potrzeba niedrogiego stacjonarnego magazynowania energii, co skłania również do badań nad akumulatorami alternatywnymi. Główne wysiłki skierowane są na ciągłe ulepszanie różnych technologii litowo-jonowych, na przykład poprzez wydajniejsze pakowanie, przetwarzanie, lepsze elektrolity i zoptymalizowane materiały elektrod. Chociaż w ostatnich latach osiągnięto znaczny postęp w zakresie gęstości mocy, wzrost gęstości energii (wolumetrycznej i grawimetrycznej) był stosunkowo niewielki. Porównanie różnych technologii akumulatorów pod względem ich gęstości energii pokazano na rysunku 1.

Rysunek 1: Teoretyczne i (szacunkowe) praktyczne gęstości energii różnych akumulatorów: Pb-kwas – kwas ołowiowy, NiMH – wodorek niklu, Na-ion – szacunkowa wyprowadzona z danych dla Li-ion przy założeniu nieco niższego napięcia ogniwa, Li- jonowa – średnia dla różnych typów, HT-Na/S ₈ – wysokotemperaturowa bateria sodowo-siarkowa, Li/S ₈ i Na/S ₈ – bateria litowo-siarkowa i sodowo-siarkowa przyjmująca Li ₂ S i Na2S jako produkty rozładowania, Li /O ₂ i Na/O ₂ – bateria litowo-tlenowa (wartości teoretyczne uwzględniają wagę tlenu i zależą od stechiometrii założonego produktu wyładowania tj. tlenku, nadtlenku lub ponadtlenku). Należy pamiętać, że wartości gęstości energii w praktyce mogą się znacznie różnić w zależności od konstrukcji akumulatora (rozmiar, wysoka moc, wysoka energia, jedno ogniwo lub akumulator) oraz stanu rozwoju. Wszystkie wartości gęstości energii praktycznej odnoszą się do poziomu ogniwa (z wyjątkiem kwasu ołowiowego, 12 V). Wartości dla akumulatorów Li/S ₈ i Li/O ₂ zostały zaczerpnięte z literatury (cytowane w tekście głównym) i służą do szacowania gęstości energii dla ogniw _{Na/S 8} i Na/O _{2 .} Spośród powyższych technologii do chwili obecnej skomercjalizowano tylko technologie kwasowo-ołowiowe, NiMH, Li-ion i wysokotemperaturowe Na/S _{8 .}

Bibliografia:

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

Tetrafluoroboran litu (LiBF4) jako dodatek elektrolitu do akumulatorów litowo-jonowych

2021-12-05 | Jerry Huang

Badany jest tetrafluoroboran litu (LiBF ₄ ) stosowany jako dodatek do elektrolitu w celu poprawy wydajności cyklicznej ogniwa LiNi _0,5 Co _0,2 Mn _0,3 O ₂ /grafitowego (NMC532) przy wyższym napięciu roboczym.

Dzięki dodaniu 1,0% wag. LiBF4 do elektrolitu zachowanie pojemności akumulatora litowo-jonowego po 100 cyklach uległo znacznej poprawie z 29,2% do 90,1% przy napięciu 3,0 V–4,5 V. Aby zrozumieć mechanizm zwiększania pojemności przy wysokich pracy napięciowej, badane są właściwości, w tym wydajność ogniwa, zachowanie impedancyjne, a także charakterystyka właściwości międzyfazowych elektrod.

Stwierdzono, że LiBF4 prawdopodobnie uczestniczył w tworzeniu warstwy interfejsu na obu elektrodach. Poprawę wydajności ogniwa przypisuje się modyfikacji składników warstwy pośredniej na anodzie grafitowej i katodzie LiNi _0,5 Co _0,2 Mn _0,3 O ₂ , co prowadzi do obniżenia impedancji międzyfazowej.

Źródło: Zuo, Xiaoxi i Fan, Chengjie i Liu, Jiansheng i Xiao, Xin i Wu, Junhua i Nan, Junmin. (2013). Tetrafluoroboran litu jako dodatek do elektrolitu poprawiający wydajność akumulatora litowo-jonowego przy wysokim napięciu. Dziennik Towarzystwa Elektrochemicznego. 160. A1199-A1204. 10.1149/2.066308jes. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/2.066308jes

Difluorofosforan litu kontra difluorofosforan sodu jako dodatki do elektrolitu litowo-jonowego

2021-11-24 | Jerry Huang

Difluorofosforan litu (LiDFP, LFO) jest bardzo pomocny jako dodatek do elektrolitu w celu zwiększenia wydajności cyklu życia akumulatora litowo-jonowego i zachowania pojemności rozładowania w wysokiej temperaturze, a także zmniejszenia samorozładowania. Podczas gdy difluorofosforan sodu ma podobną wydajność w ogniwie akumulatorowym NMC532? Rzućmy okiem na artykuł opublikowany w Journal of The Electrochemical Society w 2020 roku.

Wniosek: Trzy nowe dodatki elektrolityczne soli difluorofosforanowej zostały zsyntetyzowane i ocenione w komorach NMC532/grafitowych. Difluorofosforan amonu (AFO) jest łatwo wytwarzany poprzez reakcję laboratoryjną fluorku amonu i pięciotlenku fosforu w stanie stałym, która do zainicjowania wymaga jedynie delikatnego ogrzewania. Najlepszą wydajność difluorofosforanu sodu (NaFO) w niniejszym badaniu uzyskano w reakcji kwasu difluorofosforowego i węglanu sodu w 1,2-dimetoksyetanie na sitach molekularnych 3 Å, bardzo silnym środku suszącym. Difluorofosforan tetrametyloamoniowy (MAFO) wytworzono z NaFO przez wymianę kationów z chlorkiem tetrametyloamonowym.

Uważa się, że NaFO jest bardzo dobrym dodatkiem do elektrolitów, o podobnej wydajności w ogniwach NMC532/gr jak lepiej znany dodatek difluorofosforanu litu (LFO), z których każdy wykazuje ~90% retencję pojemności rozładowania po ponad 1500 cyklach w temperaturze 40 °C. Stabilność długoterminowa podczas cykli pomiędzy 3,0-4,3 V wypada korzystnie w porównaniu z ogniwami wzorcowymi 2% VC 1% DTD zgłoszonymi przez Harlowa i wsp., które zachowują pojemność około 94% po 1500 cyklach. Korzystny charakter obu dodatków można przypisać anionowi difluorofosforanowemu. W przeciwieństwie do tego, stwierdzono, że AFO i MAFO są słabymi dodatkami elektrolitowymi. Sugeruje się, że jest to spowodowane tworzeniem azotku litu dla tego pierwszego. Nie wiadomo, dlaczego kationy tetrametyloamoniowe mają negatywny wpływ na stabilność komórek.

Bibliografia:

1. Synteza i ocena dodatków elektrolitu difluorofosforanowego do akumulatorów litowo-jonowych, Journal of The Electrochemical Society, 2020 167 100538, David S. Hall, Toren Hynes, Connor P. Aiken i JR Dahn