Revelado um material de haleto de alta densidade energética e longa vida útil

2025-09-09 | Jerry Huang

Nota do editor: No campo do armazenamento de energia, as baterias totalmente em estado sólido são consideradas a melhor solução para a tecnologia de armazenamento de energia de próxima geração, mas seu desenvolvimento tem sido limitado por gargalos críticos nos materiais dos eletrodos. As baterias totalmente em estado sólido (ASSBs) tradicionais normalmente apresentam eletrodos compostos de materiais ativos, eletrólitos sólidos e aditivos condutores. No entanto, esses componentes inativos (ocupando 40–50% do volume dos eletrodos) não apenas reduzem a densidade de energia, mas também induzem reações laterais interfaciais e aumentam a tortuosidade do transporte de íons de lítio. Embora projetos "tudo em um" (materiais que exibem alta condutividade e atividade eletroquímica) possam resolver esses problemas, materiais existentes como óxidos (baixa capacidade) e sulfetos (alto custo) lutam para atender aos requisitos dos mercados futuros. Os haletos oferecem vantagens em baixo custo e alta condutividade iônica, mas sofrem com condutividade eletrônica e densidade de energia insuficientes. Portanto, desenvolver materiais "tudo em um" que combinem alto desempenho eletroquímico, escalabilidade de baixo custo com estabilidade mecânica tornou-se um desafio crítico.

Aqui está um excelente exemplo. Uma equipe da Universidade de Western Ontario, no Canadá, fornece uma resposta revolucionária em seu estudo na Nature: eles projetaram o primeiro material de haleto do mundo, Li₁.₃Fe₁.₂Cl₄, com capacidade de autorreparação dinâmica e integração três em um (cátodo/eletrólito/condutor). Por meio de reações redox reversíveis de Fe²⁺/Fe³⁺ e um mecanismo exclusivo de transição de frágil para dúctil, este material retém 90% da capacidade após 3.000 ciclos, atingindo uma densidade de energia do eletrodo de 529,3 Wh kg⁻¹ (escalável para 725,6 Wh kg⁻¹ com projetos compósitos). Mais notavelmente, seu custo é de apenas 26% do dos eletrodos convencionais. A radiação síncrotron, juntamente com simulações atômicas, revelou pela primeira vez um mecanismo de autorreparação induzido pela migração de ferro! Este trabalho não apenas lança um material essencial para baterias totalmente de estado sólido, como também fornece um caso paradigmático para um projeto completo, integrando materiais, mecânica e eletroquímica. Agradecemos aos grandes esforços de todos os pesquisadores.

Resumo

Baterias totalmente de estado sólido exigem projetos avançados de cátodos para concretizar seu potencial de alta densidade energética e viabilidade econômica. Cátodos integrados e completos, que eliminam aditivos condutores inativos e interfaces heterogêneas, prometem ganhos substanciais de energia e estabilidade, mas são prejudicados por materiais que não possuem condutividade Li+/e− suficiente, robustez mecânica e estabilidade estrutural. Aqui, apresentamos o Li1.3Fe1.2Cl4, um material de haleto com boa relação custo-benefício que supera esses desafios. Aproveitando a redox reversível de Fe2+/Fe3+ e o rápido transporte de Li+/e− em sua estrutura, o Li1.3Fe1.2Cl4 atinge uma densidade de energia de eletrodo de 529,3 Wh kg−1 versus Li+/Li. Criticamente, o Li1.3Fe1.2Cl4 apresenta propriedades dinâmicas únicas durante o ciclo, incluindo migração local reversível de Fe e uma transição de frágil para dúctil que confere comportamento de autorreparação. Isso permite uma estabilidade cíclica excepcional, mantendo 90% de retenção de capacidade por 3.000 ciclos a uma taxa de 5 °C. A integração de Li1,3Fe1,2Cl4 com um óxido lamelar rico em níquel aumenta ainda mais a densidade energética para 725,6 Wh kg−1. Ao aproveitar as vantajosas propriedades dinâmicas, mecânicas e de difusão dos haletos multifuncionais, este trabalho estabelece os haletos multifuncionais como uma alternativa para cátodos duráveis e com alta densidade energética em baterias de estado sólido de próxima geração.

Referências

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

O polímero de lítio vencerá a corrida das baterias de estado sólido?

2025-09-08 | Jerry Huang

Nota do editor: Existem quatro tipos de eletrólitos para baterias de lítio de estado sólido: polímero, óxido, sulfeto e haleto, cada um com características distintas:

Eletrólitos de polímero de lítio

Utilizando materiais poliméricos como eletrólitos, estes oferecem flexibilidade e alta condutividade iônica, tornando-os adequados como uma solução de transição para baterias semissólidas. Apresentam boa processabilidade, embora a estabilidade do ciclo a longo prazo ainda precise ser validada.

Eletrólitos de Óxido de Lítio

Baseados em materiais como óxido de lítio, esses eletrólitos oferecem menor custo e boa estabilidade, mas apresentam condutividade iônica relativamente baixa.

Eletrólitos de sulfeto de lítio

Centrados em compostos de sulfeto de lítio, esses eletrólitos apresentam alta condutividade à temperatura ambiente e excelente compatibilidade de interface, posicionando-os como a tecnologia comercialmente mais promissora entre todas. No entanto, os materiais de sulfeto sofrem com baixa estabilidade química e altos custos de produção.

Eletrólitos de haleto de lítio

Eletrólitos de estado sólido de haleto apresentam alta condutividade e resistência à oxidação, mas ainda estão em nível de laboratório, com perspectivas de comercialização pouco claras.

Características comuns

Baterias totalmente de estado sólido substituem eletrólitos líquidos tradicionais por materiais em pó inorgânicos, aumentando significativamente a segurança e a densidade energética. No entanto, diferentes rotas técnicas apresentam diferenças substanciais em termos de custo e maturidade do processo. Por exemplo, embora a rota do sulfeto ofereça alta condutividade, ela apresenta baixa estabilidade química, enquanto a rota do polímero enfrenta desafios no desempenho do ciclo de vida.

A tecnologia de baterias de estado sólido está passando por uma transição crítica, dos protótipos de laboratório para a industrialização, que aguarda com grande expectativa uma revisão sistemática de sua estrutura de avaliação. A fase de laboratório concentra-se principalmente em métricas de desempenho eletroquímico (como densidade de energia, ciclo de vida e capacidade de taxa), enquanto a tecnologia de baterias de estado sólido em escala industrial exige o estabelecimento de critérios de avaliação multidimensionais:

1. Avaliações expandidas: as aplicações industriais devem envolver fatores sistêmicos, incluindo: viabilidade de escalabilidade (envolvendo compatibilidade de processos, controle de rendimento, etc.), maturidade da cadeia de suprimentos (abrangendo estabilidade crítica de matéria-prima, capacidades de suporte de equipamento especializado, etc.) e custo total do ciclo de vida (abrangendo aquisição de matéria-prima, fabricação, reciclagem, etc.);

2. Otimização de Tecnologia e Custo: A industrialização exige um equilíbrio ideal entre dados técnicos e custos, incluindo equilíbrio dinâmico entre desempenho eletroquímico e custos de fabricação; impacto da seleção do sistema de materiais e sua resiliência na cadeia de suprimentos; e equilíbrio entre complexidade do processo de produção e escalabilidade;

3. Avaliação sistemática: Conformidade com os principais requisitos, incluindo consistência de produção em massa (padrão de controle de qualidade 6σ), certificações de segurança (por exemplo, conformidade com UL 9540A e outros padrões internacionais) e projeto de capacidade de produção de linha única ≥2 GWh, etc.

O Professor Guo tem uma visão diferente sobre a vitória do polímero de lítio na corrida das baterias de estado sólido sobre os eletrólitos de sulfeto de lítio. Vamos dar uma olhada na pesquisa da equipe de Xin Guo. Muito obrigado a todos os pesquisadores pelo excelente esforço.

Resumo

Baterias de estado sólido (SSBs) prometem revolucionar o armazenamento de energia, oferecendo maior segurança, maior densidade energética e maior tempo de vida útil em comparação com as baterias de íons de lítio convencionais. Entre os diversos eletrólitos sólidos, os polímeros se destacam por sua combinação única de processabilidade, conformidade mecânica e versatilidade química. Esta revisão explora por que os polímeros estão prontos para liderar a corrida rumo aos SSBs comerciais. Suas vantagens intrínsecas – como contato interfacial superior com eletrodos, condutividade iônica ajustável e compatibilidade com métodos de fabricação escaláveis – bem como os principais desafios técnicos que enfrentam, incluindo estabilidade térmica limitada, janelas eletroquímicas estreitas e degradação interfacial, são examinados. Este estudo destaca soluções emergentes de pesquisas recentes, incluindo design molecular de polímeros, compósitos polímero-cerâmica e estratégias de polimerização in situ. Em contraste com os sistemas de óxido e sulfeto, que enfrentam barreiras significativas em termos de custo, capacidade de fabricação e integração, os eletrólitos à base de polímeros oferecem um caminho realista e economicamente viável para implantação em larga escala. Com avanços contínuos no design de materiais e no processamento industrial, os polímeros não são apenas competitivos, eles estão liderando a transição para baterias de estado sólido de próxima geração.

Referências

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

Últimas notícias: Ânodos de silício com liga de boro triplicam a vida útil das baterias de íons de lítio

2025-06-29 |

Resumo

A estabilização da interface eletrolítica sólida (IES) continua sendo um desafio fundamental para os ânodos de baterias de íons de lítio à base de silício. A liga de silício com elementos secundários, como o boro, surgiu como uma estratégia promissora para melhorar o ciclo de vida dos ânodos de silício, mas o mecanismo subjacente permanece obscuro. Para suprir essa lacuna de conhecimento, investiga-se sistematicamente como a concentração de boro influencia o desempenho da bateria. Esses resultados mostram um aumento quase monotônico no ciclo de vida com maior teor de boro, com eletrodos ricos em boro superando significativamente o silício puro. Além disso, ânodos de liga de silício-boro apresentam vida útil quase três vezes maior do que o silício puro. Por meio de análises mecanísticas detalhadas, fatores contribuintes alternativos são sistematicamente descartados e propõe-se que a passivação aprimorada decorra de um forte dipolo permanente na superfície das nanopartículas. Esse dipolo, formado por boro subcoordenado e altamente ácido de Lewis, cria uma camada estática e densa em íons que estabiliza a interface eletroquímica, reduzindo a decomposição parasitária do eletrólito e aumentando a estabilidade a longo prazo. Essas descobertas sugerem que, dentro da estrutura SEI, a dupla camada elétrica é uma consideração importante na passivação de superfícies. Essa descoberta fornece um espaço de parâmetros pouco explorado para otimizar ânodos de silício em baterias de íons de lítio de próxima geração.

Referência

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

Como o LiTFSI faz a diferença em baterias de sódio-metal?

2025-06-29 |

Nota do editor: Baterias de sódio-metal são importantes para armazenamento de energia em larga escala e dispositivos eletrônicos móveis, pois são dispositivos de armazenamento de energia com alta densidade energética e baixo custo. No entanto, o desempenho do eletrólito e do SEI limita a vida útil e a taxa de carga/descarga das baterias de sódio-metal. Como o LiTFSI faz a diferença em baterias de sódio-metal? Aqui está um exemplo. Graças a uma pesquisa especial da equipe de Shuang Wan.

Resumo

A construção de uma interface eletrolítica sólida (IES) robusta e rica em inorgânicos é uma das abordagens cruciais para melhorar o desempenho eletroquímico de baterias de sódio metálico (SMBs). No entanto, a baixa condutividade e distribuição de inorgânicos comuns na IES perturbam a difusão de Na+ e induzem deposição não uniforme de sódio. Aqui, construímos uma IES única com inorgânicos de alta condutividade uniformemente dispersos, introduzindo um LiTFSI auto-sacrifício no eletrólito de carbonato à base de sal de sódio. O efeito de competição redutiva entre LiTFSI e FEC facilita a formação da IES com inorgânicos uniformemente dispersos, na qual o Li3N altamente condutivo e os inorgânicos fornecem domínios de transporte rápido de íons e sítios de nucleação de alto fluxo para Na+, propícios à rápida deposição de sódio em alta taxa. Portanto, o SEI derivado de LiTFSI e FEC permite que a célula Na∥Na3V2(PO4)3 apresente uma retenção de capacidade de 89,15% (87,62 mA hg–1) a uma taxa ultra-alta de 60 °C após 10.000 ciclos, enquanto a célula sem LiTFSI apresenta apenas 48,44% de retenção de capacidade, mesmo após 8.000 ciclos. Além disso, a célula de bolsa Na∥Na3V2(PO4)3 com o SEI especial apresenta uma retenção de capacidade estável de 92,05% a 10 °C após 2.000 ciclos. Este projeto exclusivo de SEI elucida uma nova estratégia para impulsionar as PMEs a operar em condições de taxa extremamente alta.

Direitos autorais © 2023 Sociedade Química Americana

Referência

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

LiTFSI oferece grande ajuda para alto desempenho de baterias de lítio de estado sólido baseadas em sulfeto

2025-06-27 |

Nota do editor: Como o LiTFSI, CAS: 90076-65-6, auxilia no desenvolvimento de baterias de lítio de estado sólido à base de sulfeto? Aqui está um exemplo. Graças à extraordinária pesquisa da equipe Fangyang Liu.

Resumo

A estreita janela eletroquímica dos eletrólitos de sulfeto pode levar a diferentes mecanismos de falha nas interfaces dos lados do cátodo e do ânodo. A introdução de estratégias de modificação distintas para os lados do cátodo e do ânodo aumenta a complexidade do processo de fabricação de baterias de lítio de estado sólido (ASSLBs) à base de sulfeto. Neste trabalho, uma estratégia de modificação integrada foi empregada pela introdução de camadas de bis(trifluorometanossulfonil)imida de lítio (LiTFSI) durante o processo de refino úmido de Li6PS5Cl (LPSC), que construiu com sucesso in situ interfaces fluoradas robustas nos lados do cátodo e do ânodo simultaneamente. No lado do ânodo de lítio, a condutividade eletrônica reduzida de LiTFSI@LPSC e a geração de interface fluorada suprimiram efetivamente o crescimento de dendritos de lítio, o que foi posteriormente confirmado pelos cálculos da Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Como resultado, a célula Li|LiTFSI@LPSC|Li atingiu a densidade de corrente crítica de até 1,6 mA cm−2 e desempenho de ciclo estável ao longo de 1500 h a 0,2 mA cm−2. No lado do cátodo, o LiTFSI@LPSC não apenas melhorou o transporte de Li+ dentro do cátodo composto, mas também decompôs a camada de LiTFSI in situ na interface eletrolítica (CEI) do cátodo baseada em LiF. A retenção de capacidade atingiu 98,6% após 500 ciclos a 2°C com LiNi0,83Co0,11Mn0,06O2 (NCM83) em alta tensão de corte de 4,6 V. O LiTFSI@LPSC funcionalizado facilita a modificação interfacial abrangente e completa tanto para o ânodo quanto para o cátodo, simplificando significativamente a engenharia de interface em ASSLBs baseados em sulfeto, ao mesmo tempo em que oferece desempenho eletroquímico excepcional.

Referência

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

O que há de novo nos aplicativos LiTFSI?

2025-06-26 | Jerry Huang

A bis(trifluorometanossulfonil)imida de lítio (LiTFSI), com fórmula molecular C2F6LiNO4S2, é uma substância orgânica branca, cristalina ou em pó, com alta estabilidade eletroquímica e térmica. Como aditivo eletrolítico, o LiTFSI pode ser aplicado a diversos sistemas de baterias, como baterias primárias de lítio, baterias secundárias de lítio e baterias de lítio de estado sólido.

A bis(trifluorometilsulfonil)imida de lítio (LiTFSI), um componente-chave no eletrólito de baterias de íons de lítio, é conhecida por sua excelente estabilidade térmica e eletroquímica. Por meio de sua configuração molecular única, este sal de lítio constrói uma rede de ânions sólidos dentro do eletrólito, o que não apenas reduz significativamente a viscosidade da solução, mas também aumenta drasticamente a taxa de transporte de íons de lítio. Essa propriedade se traduz diretamente em alta eficiência no processo de carga e descarga da bateria, tornando o LiTFSI ideal para aprimorar o desempenho geral das baterias de íons de lítio. Especialmente na pesquisa e desenvolvimento de baterias de lítio de estado sólido, o LiTFSI apresenta grande potencial. Além disso, apresenta desempenho altamente positivo na pesquisa de Baterias de Sódio Metálico (SMBs) e espera-se que impulsione ainda mais a inovação na tecnologia de baterias. No entanto, a estabilidade do desempenho do LiTFSI em ambientes complexos e sistemáticos é a questão urgente a ser resolvida na pesquisa atual.

A bis(trifluorometilsulfonil)imida de lítio (LiTFSI) começou a ser aplicada em massa em novos tipos de baterias, como baterias de íons de lítio de estado sólido, incluindo baterias de estado sólido de polímero, baterias de estado sólido de sulfeto e baterias de estado sólido de óxido. A LiTFSI demonstrou ser útil para melhorar o desempenho da bateria, incluindo seu papel na proteção do ânodo, facilitando a capacidade de carregamento rápido e promovendo alta vantagem em uma ampla faixa de temperatura. A bis(trifluorometanossulfonil)imida de lítio é um dos importantes aditivos eletrolíticos para baterias de lítio, que pode melhorar a estabilidade eletroquímica, o desempenho do ciclo e a condutividade do eletrólito, além de ter efeito menos corrosivo em folhas de alumínio em tensões mais altas, o que pode ser adaptado para aumentar a densidade energética das baterias na indústria de veículos elétricos.

Espera-se que sistema de fornecimento de energia de baixo carbono seja construído

2024-07-21 | Jerry Huang

Em 15 de julho de 2024, a Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma (NDRC) da China e a Administração Nacional de Energia (NEA) emitiram o “Programa de Transformação e Construção de Centrais Elétricas a Carvão com Baixo Carbono (2024-2027)”, que menciona que: Até 2025 , os projetos de transformação de baixo carbono das primeiras centrais elétricas a carvão serão todos iniciados e um conjunto de tecnologias energéticas de baixo carbono serão colocadas em aplicação; as emissões de carbono dos projetos relevantes serão reduzidas em cerca de 20% por quilowatt-hora em comparação com 2023, mesmo obviamente inferior às emissões de carbono das centrais elétricas avançadas a carvão existentes, explorando assim uma experiência valiosa para a produção limpa e de baixo custo. -transformação de carbono de centrais eléctricas a carvão. Ao adaptar a transformação hipocarbónica das unidades eléctricas a carvão existentes e a construção de novas unidades eléctricas a carvão hipocarbónica de forma coordenada, pretendemos acelerar a construção de um novo sistema energético que seja limpo, hipocarbónico, seguro e altamente eficiente.

De acordo com previsões relevantes, até 2030, as emissões de CO2 das centrais eléctricas a carvão serão de cerca de 4 mil milhões de toneladas. Portanto, as tecnologias de baixo carbono da indústria de energia a carvão são o principal apoio para alcançar a meta da China de 'Pico de Carbono 2030 - 2060 e Carbono Neutro'. Então, como poderia a indústria energética do carvão alcançar a descarbonização?

01 Métodos de transformação e construção de descarbonização de energia a carvão

De acordo com o Programa de Transformação e Construção de Centrais Elétricas a Carvão com Baixo Carbono (2024-2027), existem três formas específicas de transformar a energia a carvão em energia de baixa carbonização:

1, mistura de biomassa. Ao utilizar recursos de biomassa, como resíduos agrícolas e florestais, resíduos de plantas e culturas de energias renováveis, e tendo em consideração o fornecimento sustentável de recursos de biomassa, a segurança, a flexibilidade, a eficiência operacional e a viabilidade económica, as unidades geradoras de energia alimentadas a carvão deverão ser acopladas à biomassa. Geração de energia. Após a transformação e construção, as centrais eléctricas a carvão deverão ter a capacidade de misturar mais de 10% de combustíveis de biomassa, reduzindo assim significativamente o consumo de carvão e as emissões de carbono.

2, mistura de amônia verde. Usando a mistura de amônia verde com unidades de energia a carvão para gerar eletricidade e substituir parte do carvão. As unidades eléctricas a carvão devem ter a capacidade de queimar mais de 10% de amoníaco verde após a transformação e construção, com o objectivo de que o consumo de carvão e os níveis de emissão de carbono possam ser obviamente reduzidos.

3, Captura, utilização e armazenamento de carbono. Adote métodos químicos, adsorção, membrana e outras tecnologias para separar e capturar dióxido de carbono nos gases de combustão de caldeiras a carvão. Capture, purifique e comprima o dióxido de carbono através do ajuste de pressão e temperatura. Promover a aplicação de tecnologias geológicas, como a condução eficiente de petróleo por dióxido de carbono. Use tecnologias químicas como dióxido de carbono mais hidrogênio para obter metanol. Implementar o armazenamento geológico de dióxido de carbono de acordo com as condições locais.

02 Caminhos de transição para energia a carvão com baixo teor de carbono

A expansão da energia limpa, incluindo a energia hidroeléctrica, a energia eólica e a energia solar, é a chave para concretizar os planos de fornecimento de energia com baixo teor de carbono. Depois de satisfazer a procura incremental de energia, é necessária uma maior substituição da energia a carvão existente para a transição energética de baixo carbono. Depois de 2030, a energia não fóssil substituirá a energia a carvão existente e tornar-se-á a maior parte do fornecimento de energia; e depois de 2050, a quota de produção de energia a carvão será inferior a 5% no fornecimento total de energia da China.

De acordo com um estudo da Universidade Renmin da China sobre as perspectivas de desenvolvimento da transição de baixo carbono da energia a carvão na China, ela pode ser dividida nas três etapas seguintes:

1, De agora em diante até 2030, como período de preparação para a transição de baixo carbono, a capacidade de energia do carvão ainda crescerá moderadamente antes de 2030, ao mesmo tempo, a nova energia se tornará a maior parte do aumento da oferta de energia e a participação da energia eólica e solar a capacidade instalada será superior a 40% até 2030.

2, Ano 2030-2045 como o período de transição rápida, após 2030, a parcela da energia eólica e solar excederá rapidamente a da energia do carvão, tornando-se a principal fonte de energia do sistema de energia. As centrais eléctricas a carvão precisam de ser acopladas à tecnologia de biomassa, CCUS e outras tecnologias limpas de baixo carbono, reduzindo assim as emissões de carbono.

3, Ano 2045 -2060 como período de fortalecimento e melhoria do fornecimento de energia, até 2050 a demanda por eletricidade estará saturada, a energia do carvão será completamente transformada em uma fonte de alimentação de ajuste, servindo à digestão e absorção da principal potência da energia eólica-solar e fornecendo energia de emergência e sobressalente.

Aqui está um exemplo de base de poder no deserto de Kubuqi. A capacidade total planejada da base energética de Kubuqi é de 16 milhões de quilowatts, incluindo energia fotovoltaica de 8 milhões de quilowatts, energia eólica de 4 milhões de quilowatts e capacidade avançada de energia a carvão de alta eficiência de 4 milhões de quilowatts. Os projetos de energia solar construídos são espetaculares, com 2 milhões de kW de capacidade fotovoltaica instalada já em operação. Se todos os projetos forem totalmente concluídos, estima-se que cerca de 40 mil milhões de kWh de eletricidade possam ser entregues a milhões de famílias por ano, sendo que a energia limpa representa mais de 50% do total, o que equivale a poupar cerca de 6 milhões de toneladas de carvão padrão e reduzindo as emissões de dióxido de carbono em cerca de 16 milhões de toneladas anualmente. Está previsto que mais bases de energia limpa estejam a caminho. Painéis solares construídos pela primeira vez Painéis solares um ano depois Base de energia solar cinco anos depois

Quanto aos VE e à sua infraestrutura de carregamento, de acordo com as estatísticas, até ao final de maio de 2024, o número total de infraestruturas de carregamento de VE tinha acumulado 9,92 milhões de unidades em toda a China, um aumento de 56% em relação ao ano anterior. Entre eles, as instalações de carregamento públicas e o setor privado aumentaram para 3,05 milhões de unidades e 6,87 milhões, respetivamente, com taxas de crescimento de 46% e 61% em relação ao ano anterior, respetivamente. Isto significa que a China construiu a maior rede de infraestruturas de carregamento do mundo, cobrindo a mais ampla área de serviço e variedade de tipos de carregamento.

Método verde altamente eficiente e econômico lançado para reciclagem de LCO e LIBs ternários

2023-09-16 | Jerry Huang

Nota do editor: As baterias de íons de lítio são agora amplamente utilizadas em uma variedade de dispositivos eletrônicos, veículos elétricos e armazenamento de energia em escala de rede. A procura global por baterias de iões de lítio continua a crescer significativamente. Estima-se que, até 2030, o volume global de baterias de iões de lítio usadas excederá 11 milhões de toneladas, o que se tornará uma enorme fonte de poluição que poderá ameaçar seriamente o ambiente e a saúde pública. Ao mesmo tempo, a crescente procura de baterias de iões de lítio traduz-se numa procura crescente de lítio e cobalto. Por outro lado, o teor de lítio e cobalto nos cátodos LIB chega a 15% e 7% em peso, respectivamente, o que é muito maior do que em minérios e salmouras. Portanto, a recuperação de elementos metálicos em cátodos LIB gastos é de grande importância ambiental, social e económica. Atualmente, a recuperação de baterias de íon-lítio é dividida principalmente em três etapas: pré-tratamento, extração de metal e separação de metal. Na pesquisa e desenvolvimento da etapa de extração de metais do processo de reciclagem, o processo hidrometalúrgico é uma das opções mais viáveis devido à sua alta taxa de lixiviação de metais e pureza satisfatória dos produtos recuperados. Contudo, o processo não é tão amigo do ambiente, nem altamente económico, porque a utilização de ácidos inorgânicos traz consigo subprodutos perigosos; enquanto os ácidos orgânicos requerem agentes redutores adicionais ou tempos de reação mais longos e temperaturas mais altas para recuperação de metal.

Pesquisadores da equipe de Zhong Lin Wang nos trazem um método possível que é verde, altamente eficiente e econômico para reciclar LIBs, incluindo baterias de óxido de cobalto e lítio (LCO) e baterias ternárias de lítio.

Abstrato

Com a tendência global para a neutralidade carbónica, a procura por baterias de iões de lítio (LIBs) está a aumentar continuamente. No entanto, os atuais métodos de reciclagem de LIBs usados necessitam de melhorias urgentes em termos de compatibilidade ecológica, custos e eficiência. Aqui propomos um método mecanocatalítico, denominado eletrocatálise de contato, utilizando radicais gerados pela eletrificação de contato para promover a lixiviação do metal sob a onda ultrassônica. Também usamos SiO2 como catalisador reciclável no processo. Para baterias de óxido de cobalto (III) de lítio, a eficiência de lixiviação atingiu 100% para lítio e 92,19% para cobalto a 90 °C em 6 horas. Para baterias ternárias de lítio, as eficiências de lixiviação de lítio, níquel, manganês e cobalto atingiram 94,56%, 96,62%, 96,54% e 98,39% a 70 °C, respectivamente, em 6 horas. Prevemos que este método pode fornecer uma abordagem ecológica, de alta eficiência e econômica para a reciclagem de LIB, atendendo à demanda exponencialmente crescente por produções de LIB.

Referência

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

Lançado um método eficiente, ecológico e econômico para reciclagem de baterias LFP

2023-09-16 | Jerry Huang

Nota do editor: As baterias de íons de lítio são agora amplamente utilizadas em uma variedade de dispositivos eletrônicos, veículos elétricos e armazenamento de energia em escala de rede. A procura global por baterias de iões de lítio continua a crescer significativamente. Estima-se que, até 2030, o volume global de baterias de iões de lítio usadas excederá 11 milhões de toneladas, o que se tornará uma enorme fonte de poluição que poderá ameaçar seriamente o ambiente e a saúde pública. Ao mesmo tempo, a crescente procura de baterias de iões de lítio traduz-se numa procura crescente de lítio e cobalto. Por outro lado, o teor de lítio e cobalto nos cátodos LIB chega a 15% e 7% em peso, respectivamente, o que é muito maior do que em minérios e salmouras. Portanto, a recuperação de elementos metálicos em cátodos LIB gastos é de grande importância ambiental, social e económica. Atualmente, a recuperação de baterias de íon-lítio é dividida principalmente em três etapas: pré-tratamento, extração de metal e separação de metal. Na pesquisa e desenvolvimento da etapa de extração de metais do processo de reciclagem, o processo hidrometalúrgico é uma das opções mais viáveis devido à sua alta taxa de lixiviação de metais e pureza satisfatória dos produtos recuperados. Contudo, o processo não é tão amigo do ambiente, nem altamente económico, porque a utilização de ácidos inorgânicos traz consigo subprodutos perigosos; enquanto os ácidos orgânicos requerem agentes redutores adicionais ou tempos de reação mais longos e temperaturas mais altas para recuperação de metal.

Pesquisadores da equipe de Zhong Lin Wang nos trazem um possível método que é verde, altamente eficiente e econômico para reciclar LIBs, especialmente baterias LFP.

Abstrato

A reciclagem de baterias de fosfato de ferro-lítio (LFPs), que representam mais de 32% da participação mundial no mercado de baterias de íon-lítio (LIB), chamou a atenção devido aos valiosos recursos de elementos e às preocupações ambientais. No entanto, as tecnologias de reciclagem de última geração, que normalmente se baseiam em métodos eletroquímicos ou de lixiviação química, apresentam problemas críticos, como procedimentos tediosos, enorme consumo de produtos químicos/eletricidade e poluição secundária. Aqui, relatamos um sistema inovador autoalimentado composto por um reator eletroquímico de reciclagem LIB e um nanogerador triboelétrico (TENG) para reciclagem de LFP gasto. No reator eletroquímico de reciclagem LIB, o par Cl-/ClO- gerado eletroquimicamente em solução de NaCl é adotado como mediador redox para quebrar LFP em FePO4 e Li+ através da reação de direcionamento redox sem produtos químicos extras. Além disso, um TENG que utiliza componentes descartados de LIBs, incluindo invólucros, filmes plásticos de alumínio e coletores de corrente, foi projetado para minimizar drasticamente os poluentes secundários. Além disso, o TENG capta energia eólica, fornecendo uma potência de 0,21 W para alimentar o sistema de reciclagem eletroquímica e carregar baterias. Portanto, o sistema proposto para reciclagem de LFP gasto apresenta alta pureza (Li2CO3, 99,70% e FePO4, 99,75%), recursos autoalimentados, procedimento de tratamento simplificado e alto lucro, o que pode promover a sustentabilidade das tecnologias LIB.

Referência

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

Baterias de íon de lítio de carga rápida 50C usando um ânodo de grafite

2022-11-01 |

Abstrato

As baterias de íon-lítio invadiram o mercado de veículos elétricos com altas densidades de energia, mas ainda sofrem de cinética lenta limitada pelo ânodo de grafite. Aqui, eletrólitos que permitem carregamento extremamente rápido (XFC) de um ânodo de grafite microdimensionado sem revestimento de Li são projetados. Caracterização abrangente e simulações sobre a difusão de Li+ no eletrólito a granel, processo de transferência de carga e a interfase de eletrólito sólido (SEI) demonstram que alta condutividade iônica, baixa energia de dessolvatação de Li+ e SEI protetor são essenciais para XFC. Com base no critério, dois eletrólitos de carregamento rápido são projetados: LiFSI de 1,8 m de baixa tensão em 1,3-dioxolano (para células LiFePO4||grafite) e LiPF6 de 1,0 m de alta tensão em uma mistura de carbonato de 4-fluoroetileno e acetonitrila (7:3 por vol) (para células LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||grafite). O eletrólito anterior permite que o eletrodo de grafite atinja 180 mAh g−1 a 50C (1C = 370 mAh g−1), que é 10 vezes maior do que um eletrólito convencional. O último eletrólito permite que as células LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||grafite (2 mAh cm−2, relação N/P = 1) forneçam uma capacidade reversível recorde de 170 mAh g−1 com carga de 4C e descarga de 0,3C . Este trabalho revela os principais mecanismos para XFC e fornece princípios instrutivos de design de eletrólitos para LIBs práticos de carregamento rápido com anodos de grafite.

Referências

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