เผยเทคโนโลยีต้นทุนต่ำและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอีกตัวสำหรับการรีไซเคิลแคโทด LIB

2025-11-25 | Jerry Huang

หมายเหตุบรรณาธิการ: การพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ยานยนต์ไฟฟ้า และระบบกักเก็บพลังงานไฟฟ้า ส่งผลให้ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (LIB) สูงขึ้นอย่างมาก อย่างไรก็ตาม ด้วยอายุการใช้งานเพียง 6-8 ปี คาดว่าแบตเตอรี่กว่า 11 ล้านตันจะหมดอายุภายในปี พ.ศ. 2573 ก่อให้เกิดแรงกดดันด้านทรัพยากรอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อน ความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อม และความท้าทายทางเศรษฐกิจ ปัจจุบัน วัสดุแคโทดรีไซเคิล (โดยเฉพาะออกไซด์โลหะแบบชั้น หรือ LMO) ซึ่งประกอบด้วยธาตุที่มีมูลค่าสูง เช่น ลิเธียม โคบอลต์ นิกเกิล และแมงกานีส เป็นเป้าหมายหลักของความพยายามในการรีไซเคิลเหล่านี้

นี่คืออีกหนึ่งแนวทางที่นำเสนอโดยทีม Quanquan Pang จาก PKU และทีมร่วม Jiashen Meng จาก WUT เกี่ยวกับการรีไซเคิลแคโทด LIB ที่ใช้แล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง LMO ขอขอบคุณนักวิจัยทุกท่านด้วยความเคารพอย่างสูง

ที่น่าสังเกตคือ แนวทาง LTMS-ECR นี้จะประมวลผลแคโทดที่ใช้แล้วซึ่งยังติดอยู่กับตัวรวบรวมกระแสไฟฟ้าอะลูมิเนียมโดยตรง โดยไม่ต้องบดอิเล็กโทรดให้เป็น "ผงสีดำ" และลดความซับซ้อนของขั้นตอนการเตรียมการล่วงหน้าอย่างมาก

เทคโนโลยี LTMS-ECR อ้างว่ามีศักยภาพในการสร้างกำไรสูงถึง 1.86 เหรียญสหรัฐฯ ต่อกิโลกรัมในการรีไซเคิลแบตเตอรี่ใช้แล้ว เนื่องจากใช้สารอิเล็กโทรไลต์เกลือหลอมเหลวต้นทุนต่ำที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้และ Li2O ร่วมกับผลิตภัณฑ์รองที่มีมูลค่าสูงอย่าง Co3O4 และ LiCl ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงที่ดีขึ้นเกือบสิบเท่าเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีไพโรเมทัลลูร์จีและไฮโดรเมทัลลูร์จี

การวิเคราะห์ผลกระทบทางเทคนิค เศรษฐกิจ และสิ่งแวดล้อมแสดงให้เห็นว่า LTMS-ECR มีความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจและความยั่งยืนของคาร์บอนที่โดดเด่น ประสิทธิภาพการกู้คืนที่สูง การใช้พลังงานต่ำ และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ถือเป็นกระบวนการทางเคมีที่ปฏิวัติวงการสำหรับการรีไซเคิลวัสดุแคโทด

เชิงนามธรรม

การรีไซเคิลด้วยไฟฟ้าเคมี (ECR) นำเสนอกลยุทธ์ที่มีแนวโน้มดีในการใช้ประโยชน์จากพลังงานหมุนเวียนเพื่อแยกโครงสร้างโลหะออกไซด์ (LMO) ที่ผ่านการใช้งานแล้ว อย่างไรก็ตาม วิธีการ ECR ในปัจจุบันจำกัดอยู่เพียงการทำงานที่อุณหภูมิสูง (สูงถึง 750 องศาเซลเซียส) โดยใช้สารละลายคาร์บอเนตหรือคลอไรด์ที่เป็นอิเล็กโทรไลต์ของอัลคาไลเป็นอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งนำไปสู่การใช้พลังงานสูงสำหรับการให้ความร้อน ในที่นี้ การศึกษานี้เสนออิเล็กโทรไลต์ของสารละลายคลอโรอะลูมิเนตที่เป็นอัลคาไลที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ ประกอบด้วย AlCl3–LiCl ซึ่งทำให้สามารถอิเล็กโทรไลซิสของ ECR ได้ที่อุณหภูมิต่ำถึง 150 องศาเซลเซียส เนื่องจากตัวพาประจุ O2− ในสารละลายคลอโรอะลูมิเนตที่เป็นอัลคาไลมีความสามารถในการละลายสูง แคโทด LMO จึงผ่านกระบวนการแยกโครงสร้างแบบรีดักชันทางเคมีไฟฟ้าเพื่อให้ได้โลหะทรานซิชันธาตุและลิเธียมคลอไรด์ (LiCl) ที่สำคัญ ผลิตภัณฑ์ทั้งสองชนิดไม่ละลายในสารละลายที่เติม Li2O และสามารถแยกออกได้โดยการชะล้างด้วยน้ำที่ง่ายดาย ที่น่าสังเกตคือ การใช้ขั้วบวก TiN เฉื่อย จะช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในระหว่างกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส โดยการสร้างก๊าซออกซิเจนขึ้นมาใหม่ ซึ่งยิ่งส่งเสริมให้เกิดความเป็นกลางทางคาร์บอน ด้วยวิธี ECR เกลือหลอมเหลวอุณหภูมิต่ำ (LTMS-ECR) ทำให้ LiCoO2 มีอัตราการนำโคบอลต์กลับมาใช้ใหม่สูงถึง 97.3% การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์และเทคโนโลยีคาดการณ์ว่าเทคโนโลยี LTMS-ECR ช่วยลดการใช้พลังงานและการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ลงประมาณ 20% และมีกำไรมากกว่าวิธีการทั่วไปเกือบสิบเท่า วิธีการนี้ถือเป็นทางเลือกใหม่ที่ปฏิวัติวงการสำหรับการรีไซเคิล LIB ที่ใช้แล้วอย่างมีประสิทธิภาพด้านพลังงาน ยั่งยืน และคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ

อ้างอิง

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

อะไรกำลังเกิดขึ้นในตลาดลิเธียมโดยเฉพาะ LiPF6?

2025-10-31 | Jerry Huang

ในช่วงสี่เดือนที่ผ่านมา เกลือลิเธียมหลายชนิด รวมถึงเกลือพื้นฐานอย่างลิเธียมคาร์บอเนตและลิเธียมไฮดรอกไซด์ มีราคาตลาดเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด เช่นเดียวกับ LiPF6 และ LiFSI ขึ้นอยู่กับสถานการณ์อุปทานและอุปสงค์

ความต้องการลิเธียมซอลต์สำหรับกักเก็บพลังงานจากตลาดภายในประเทศเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงครึ่งหลังของปี ประกอบกับความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมที่เพิ่มขึ้นจากตลาดรถยนต์ไฟฟ้าในเดือนกันยายนและตุลาคมซึ่งเป็นช่วงที่คึกคักตามปกติ ทำให้ผู้ผลิตแบตเตอรี่มีความต้องการลิเธียมเพิ่มขึ้นอย่างมากจนเกือบเต็มกำลังการผลิต ที่น่าประหลาดใจคือความต้องการจากตลาดต่างประเทศยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ความต้องการที่แข็งแกร่งของตลาดเป็นแรงหนุนให้ราคาลิเธียมซอลต์ปรับตัวสูงขึ้น เนื่องจาก LiPF6 ยังคงเป็นเกลือหลักสำหรับอิเล็กโทรไลต์ในตลาดจีน ราคาจึงปรับตัวสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว แซงหน้าราคา LiFSI ในเดือนตุลาคม 2568 ซึ่งเราเคยพบเห็นสถานการณ์เช่นนี้หลายครั้งในประวัติศาสตร์

ในทางกลับกัน การแข่งขันด้านราคาในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาส่งผลให้ผู้ผลิตเกลือลิเธียมขนาดกลางและขนาดเล็กหลายรายต้องหยุดการผลิตชั่วคราว และผู้ผลิตชั้นนำบางรายก็หยุดกำลังการผลิตบางส่วนเช่นกัน โดยจะเริ่มการผลิตใหม่อีกครั้ง ซึ่งต้องใช้เวลาสองถึงสามเดือน โรงงานผลิตและกำลังการผลิตหลายแห่งที่เพิ่งวางแผนไว้ไม่ได้ดำเนินไปอย่างราบรื่นอย่างที่คาดการณ์ไว้ อุปทานเกลือลิเธียมในตลาดเริ่มตึงตัวชั่วคราวหลังจากมีกำลังการผลิตล้นตลาดมาหลายปี

เนื่องจากราคาของเกลือลิเธียมพื้นฐาน เช่น ลิเธียมคาร์บอเนตและลิเธียมไฮดรอกไซด์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในช่วงสี่เดือนที่ผ่านมา ต้นทุนของ LiPF6 และ LiFSI จึงเพิ่มขึ้นในเวลาเดียวกันด้วย

จนถึงขณะนี้ LiPF6 เป็นเกลือลิเธียมหลักสำหรับการผลิตอิเล็กโทรไลต์ในตลาดภายในประเทศจีน ซึ่งทำให้ความต้องการมีมากกว่าเกลืออื่นๆ ในปัจจุบัน ความไม่สมดุลระหว่างอุปทานและอุปสงค์จะยังคงเพิ่มขึ้นหรือใกล้จะสมดุลในอนาคตอันใกล้นี้หรือไม่? รอดูกันต่อไป

Poworks จำหน่ายลิเธียมคาร์บอเนตคุณภาพสูง เกรดแบตเตอรี่ ลิเธียมไฮดรอกไซด์คุณภาพสูง LiPF6 และ LiFSI ที่มีความบริสุทธิ์สูง พร้อมให้บริการอย่างเต็มที่ ติดต่อมาได้เลย

เผยโฉมวัสดุฮาไลด์ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงราคาไม่แพงและมีอายุการใช้งานยาวนาน

2025-09-09 | Jerry Huang

หมายเหตุบรรณาธิการ: ในสาขาการกักเก็บพลังงาน แบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดถือเป็นโซลูชันที่ดีที่สุดของเทคโนโลยีการกักเก็บพลังงานยุคใหม่ แต่การพัฒนาแบตเตอรี่เหล่านี้กลับถูกจำกัดด้วยข้อจำกัดสำคัญในวัสดุอิเล็กโทรด แบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดแบบดั้งเดิม (ASSB) มักประกอบด้วยอิเล็กโทรดที่ประกอบด้วยวัสดุแอคทีฟ อิเล็กโทรไลต์ของแข็ง และสารเติมแต่งที่นำไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ส่วนประกอบที่ไม่แอคทีฟเหล่านี้ (ซึ่งคิดเป็น 40-50% ของปริมาตรอิเล็กโทรด) ไม่เพียงแต่ลดความหนาแน่นของพลังงานเท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดปฏิกิริยาที่ด้านข้างของส่วนต่อประสานและเพิ่มความซับซ้อนในการขนส่งลิเธียมไอออน แม้ว่าการออกแบบแบบ "All-In-One" (วัสดุที่มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าและฤทธิ์ทางเคมีไฟฟ้าสูง) จะสามารถแก้ปัญหาเหล่านี้ได้ แต่วัสดุที่มีอยู่เดิม เช่น ออกไซด์ (ความจุต่ำ) และซัลไฟด์ (ต้นทุนสูง) กลับไม่สามารถตอบสนองความต้องการสำหรับตลาดในอนาคตได้ แฮไลด์มีข้อได้เปรียบในด้านต้นทุนต่ำและการนำไฟฟ้าไอออนสูง แต่กลับมีปัญหาเรื่องการนำไฟฟ้าและความหนาแน่นของพลังงานที่ไม่เพียงพอ ดังนั้น การพัฒนาวัสดุแบบครบวงจรที่ผสมผสานประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่สูง ความสามารถในการปรับขนาดได้ในราคาไม่แพง และความเสถียรเชิงกล จึงกลายเป็นความท้าทายที่สำคัญ

นี่คือตัวอย่างที่ยอดเยี่ยม ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเวสเทิร์นออนแทรีโอในแคนาดาได้นำเสนอคำตอบอันล้ำสมัยในการศึกษา Nature โดยพวกเขาได้ออกแบบวัสดุฮาไลด์ชนิดแรกของโลก คือ Li₁.₃Fe₁.₂Cl₄ ซึ่งมีคุณสมบัติซ่อมแซมตัวเองแบบไดนามิกและการผสานรวมแบบสามในหนึ่งเดียว (แคโทด/อิเล็กโทรไลต์/ตัวนำ) ด้วยปฏิกิริยารีดอกซ์ Fe²⁺/Fe³⁺ แบบกลับด้านได้ และกลไกการเปลี่ยนผ่านจากเปราะเป็นเหนียวที่เป็นเอกลักษณ์ วัสดุนี้ยังคงรักษาความจุไว้ได้ 90% หลังจาก 3,000 รอบ ทำให้มีความหนาแน่นพลังงานของอิเล็กโทรดอยู่ที่ 529.3 Wh/kg⁻¹ (สามารถปรับเพิ่มเป็น 725.6 Wh/kg⁻¹ ด้วยการออกแบบแบบคอมโพสิต) ที่น่าทึ่งยิ่งกว่านั้นคือ ต้นทุนเพียง 26% ของอิเล็กโทรดทั่วไป รังสีซินโครตรอนประกอบกับการจำลองอะตอม เผยให้เห็นกลไกการซ่อมแซมตัวเองที่เกิดจากการเคลื่อนตัวของเหล็กเป็นครั้งแรก! งานวิจัยนี้ไม่เพียงแต่เปิดเผยวัสดุหลักสำหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดเท่านั้น แต่ยังนำเสนอกรณีศึกษาในระดับกระบวนทัศน์สำหรับการออกแบบแบบครบวงจรที่ผสานรวมวัสดุ กลศาสตร์ และเคมีไฟฟ้า ขอขอบคุณความพยายามอย่างยิ่งใหญ่ของนักวิจัยทุกท่าน

เชิงนามธรรม

แบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดจำเป็นต้องมีการออกแบบแคโทดขั้นสูงเพื่อให้ตระหนักถึงศักยภาพด้านความหนาแน่นพลังงานสูงและความสามารถในการทำกำไร แคโทดแบบออลอินวันแบบบูรณาการ ซึ่งขจัดสารเติมแต่งตัวนำที่ไม่ใช้งานและส่วนต่อประสานที่ต่างชนิดกัน มีแนวโน้มที่จะเพิ่มพลังงานและความเสถียรอย่างมาก แต่ถูกขัดขวางโดยวัสดุที่ขาดคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของ Li+/e− ความทนทานเชิงกล และเสถียรภาพเชิงโครงสร้างที่เพียงพอ ในที่นี้ เราขอเสนอ Li1.3Fe1.2Cl4 ซึ่งเป็นวัสดุฮาไลด์ที่คุ้มค่าและเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ได้ Li1.3Fe1.2Cl4 ใช้ประโยชน์จากปฏิกิริยารีดอกซ์ Fe2+/Fe3+ แบบกลับคืนได้และการขนส่ง Li+/e− อย่างรวดเร็วภายในกรอบการทำงาน ทำให้มีความหนาแน่นพลังงานอิเล็กโทรดที่ 529.3 Wh/kg− เมื่อเทียบกับ Li+/Li ที่สำคัญ Li1.3Fe1.2Cl4 แสดงคุณสมบัติเชิงพลวัตที่เป็นเอกลักษณ์ระหว่างรอบวงจร รวมถึงการเคลื่อนตัวของ Fe เฉพาะจุดแบบกลับคืนได้และการเปลี่ยนผ่านจากเปราะไปเป็นเหนียว ซึ่งนำไปสู่พฤติกรรมการซ่อมแซมตัวเอง วิธีนี้ช่วยให้เกิดความเสถียรในการหมุนเวียนที่ยอดเยี่ยม โดยรักษาความจุไว้ได้ถึง 90% เป็นเวลา 3,000 รอบที่อัตรา 5 องศาเซลเซียส การผสมผสาน Li1.3Fe1.2Cl4 เข้ากับออกไซด์แบบชั้นที่อุดมด้วยนิกเกิล ช่วยเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานเป็น 725.6 วัตต์-ชั่วโมง (กก.) ด้วยการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติเชิงกลพลวัตและการแพร่กระจายอันเป็นประโยชน์ของฮาไลด์แบบออลอินวัน งานวิจัยนี้จึงสร้างฮาไลด์แบบออลอินวันให้เป็นเส้นทางสำหรับแคโทดที่มีความหนาแน่นของพลังงานและทนทานในแบตเตอรี่โซลิดสเตตแบบออลอินวันรุ่นใหม่

อ้างอิง

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

โพลิเมอร์ลิเธียมจะชนะการแข่งขันแบตเตอรี่โซลิดสเตตหรือไม่?

2025-09-08 | Jerry Huang

หมายเหตุบรรณาธิการ: แบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตมีอิเล็กโทรไลต์อยู่ 4 ประเภท ได้แก่ โพลิเมอร์ ออกไซด์ ซัลไฟด์ และฮาไลด์ โดยแต่ละประเภทมีคุณสมบัติเฉพาะที่แตกต่างกัน:

พอลิเมอร์ลิเธียมอิเล็กโทรไลต์

วัสดุโพลิเมอร์เหล่านี้ใช้อิเล็กโทรไลต์ จึงมีความยืดหยุ่นและมีค่าการนำไฟฟ้าไอออนสูง จึงเหมาะสมที่จะใช้เป็นวัสดุเปลี่ยนผ่านสำหรับแบตเตอรี่กึ่งแข็ง มีคุณสมบัติการแปรรูปที่ดี แม้ว่าความเสถียรของวงจรไฟฟ้าในระยะยาวยังต้องได้รับการตรวจสอบเพิ่มเติม

อิเล็กโทรไลต์ลิเธียมออกไซด์

อิเล็กโทรไลต์เหล่านี้ซึ่งผลิตจากวัสดุอย่างลิเธียมออกไซด์ มีต้นทุนต่ำกว่าและมีเสถียรภาพดี แต่มีค่าการนำไอออนต่ำเมื่อเทียบกับวัสดุอื่นๆ

ลิเธียมซัลไฟด์อิเล็กโทรไลต์

อิเล็กโทรไลต์เหล่านี้ซึ่งมีสารประกอบลิเธียมซัลไฟด์เป็นศูนย์กลาง มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิห้องสูงและความเข้ากันได้ของอินเทอร์เฟซที่ยอดเยี่ยม ทำให้เป็นเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มทางการค้าสูงสุดในบรรดาเทคโนโลยีทั้งหมด อย่างไรก็ตาม วัสดุซัลไฟด์มีความเสถียรทางเคมีต่ำและต้นทุนการผลิตสูง

อิเล็กโทรไลต์ลิเธียมฮาไลด์

อิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตตฮาไลด์มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าและทนต่อการออกซิเดชันสูง แต่ยังคงอยู่ในระดับห้องปฏิบัติการโดยมีแนวโน้มการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ที่ไม่ชัดเจน

คุณสมบัติทั่วไป

แบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดแทนที่อิเล็กโทรไลต์เหลวแบบเดิมด้วยวัสดุผงอนินทรีย์ ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยและความหนาแน่นของพลังงานได้อย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม กระบวนการทางเทคนิคที่แตกต่างกันแสดงให้เห็นถึงความแตกต่างอย่างมากในด้านต้นทุนและความสมบูรณ์ของกระบวนการ ยกตัวอย่างเช่น แม้ว่ากระบวนการซัลไฟด์จะมีค่าการนำไฟฟ้าสูง แต่กลับมีความเสถียรทางเคมีต่ำ ในขณะที่กระบวนการพอลิเมอร์ต้องเผชิญกับความท้าทายด้านอายุการใช้งาน ผู้เชี่ยวชาญบางคนกล่าวว่าการผลิตแบตเตอรี่ ASS เชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ในที่สุดจะต้องพึ่งพาโซลูชันจากอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งรวมถึงการเคลือบฟิล์มบาง การตรวจสอบความแม่นยำระดับสายการผลิต และระบบสุญญากาศ รวมถึงโซลูชันอื่นๆ เช่น การสร้างโครงสร้างฟิล์มบางและไมโคร-นาโน คาดว่ากระบวนการนี้จะใช้เวลาเจ็ดถึงสิบปี

ปัจจุบันเทคโนโลยีแบตเตอรี่โซลิดสเตตกำลังอยู่ในช่วงเปลี่ยนผ่านที่สำคัญจากต้นแบบในห้องปฏิบัติการไปสู่การพัฒนาในระดับอุตสาหกรรม ซึ่งกำลังรอคอยการยกเครื่องกรอบการประเมินอย่างเป็นระบบ ขั้นตอนในห้องปฏิบัติการมุ่งเน้นไปที่ตัวชี้วัดประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้า (เช่น ความหนาแน่นของพลังงาน อายุการใช้งาน และความสามารถในการวัดอัตรา) เป็นหลัก ในขณะที่เทคโนโลยีแบตเตอรี่โซลิดสเตตในระดับอุตสาหกรรมจำเป็นต้องมีการกำหนดเกณฑ์การประเมินแบบหลายมิติ:

1. การประเมินที่ขยายเพิ่มเติม: การใช้งานในอุตสาหกรรมต้องเกี่ยวข้องกับปัจจัยระบบต่างๆ รวมถึง: ความสามารถในการปรับขนาด ความเป็นไปได้ (เกี่ยวข้องกับความเข้ากันได้ของกระบวนการ การควบคุมผลผลิต ฯลฯ) ความสมบูรณ์ของห่วงโซ่อุปทาน (ครอบคลุมเสถียรภาพของวัตถุดิบที่สำคัญ ความสามารถในการรองรับอุปกรณ์เฉพาะทาง ฯลฯ) และต้นทุนตลอดอายุการใช้งานทั้งหมด (ครอบคลุมการจัดซื้อวัตถุดิบ การผลิต การรีไซเคิล ฯลฯ)

2. การเพิ่มประสิทธิภาพต้นทุนเทคโนโลยี: การสร้างอุตสาหกรรมต้องการความสมดุลที่เหมาะสมที่สุดระหว่างข้อมูลทางเทคนิคและต้นทุน รวมถึงความสมดุลแบบไดนามิกระหว่างประสิทธิภาพทางไฟฟ้าเคมีและต้นทุนการผลิต ผลกระทบของการเลือกระบบวัสดุและความยืดหยุ่นของห่วงโซ่อุปทาน และความสมดุลระหว่างความซับซ้อนของกระบวนการผลิตและความสามารถในการปรับขนาด

3. การประเมินอย่างเป็นระบบ: การปฏิบัติตามข้อกำหนดที่สำคัญต่างๆ รวมถึงความสม่ำเสมอของการผลิตจำนวนมาก (มาตรฐานการควบคุมคุณภาพ 6σ) การรับรองความปลอดภัย (เช่น การปฏิบัติตาม UL 9540A และมาตรฐานสากลอื่นๆ) และการออกแบบความสามารถในการผลิตแบบสายเดียว ≥2GWh เป็นต้น

ศาสตราจารย์กัวมีมุมมองที่แตกต่างออกไปเกี่ยวกับชัยชนะของพอลิเมอร์ลิเธียมในการแข่งขันแบตเตอรี่โซลิดสเตตเหนืออิเล็กโทรไลต์ลิเธียมซัลไฟด์ ลองมาดูงานวิจัยของทีมซินกัวกัน ขอบคุณมากสำหรับความพยายามอันยิ่งใหญ่ของนักวิจัยทุกท่าน

เชิงนามธรรม

แบตเตอรี่โซลิดสเตต (SSB) มีแนวโน้มที่จะปฏิวัติวงการกักเก็บพลังงาน ด้วยการเพิ่มความปลอดภัย ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น และอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไป ในบรรดาอิเล็กโทรไลต์โซลิดหลากหลายชนิด พอลิเมอร์มีความโดดเด่นในด้านการผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ระหว่างความสามารถในการขึ้นรูป การยืดหยุ่นเชิงกล และความยืดหยุ่นทางเคมี บทความนี้จะสำรวจว่าเหตุใดพอลิเมอร์จึงพร้อมที่จะเป็นผู้นำในการแข่งขันสู่ SSB เชิงพาณิชย์ ข้อได้เปรียบที่แท้จริงของแบตเตอรี่โซลิดสเตต เช่น การสัมผัสพื้นผิวกับอิเล็กโทรดที่เหนือกว่า ค่าการนำไฟฟ้าไอออนที่ปรับได้ และความเข้ากันได้กับวิธีการผลิตที่ปรับขนาดได้ รวมถึงความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญที่แบตเตอรี่เหล่านี้เผชิญ ได้แก่ เสถียรภาพทางความร้อนที่จำกัด ขอบเขตของไฟฟ้าเคมีที่แคบ และการเสื่อมสภาพของพื้นผิว การศึกษานี้เน้นย้ำถึงแนวทางแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นใหม่จากงานวิจัยล่าสุด ซึ่งรวมถึงการออกแบบโมเลกุลของพอลิเมอร์ คอมโพสิตพอลิเมอร์-เซรามิก และกลยุทธ์การเกิดพอลิเมอไรเซชันแบบ in situ ซึ่งแตกต่างจากระบบออกไซด์และซัลไฟด์ ซึ่งเผชิญกับอุปสรรคสำคัญด้านต้นทุน ความสามารถในการผลิต และการผสานรวม อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้พอลิเมอร์เป็นส่วนประกอบหลักนำเสนอเส้นทางที่เป็นจริงและคุ้มค่าทางเศรษฐกิจสำหรับการใช้งานขนาดใหญ่ ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในการออกแบบวัสดุและการแปรรูปทางอุตสาหกรรม โพลิเมอร์ไม่เพียงแต่มีความสามารถในการแข่งขันเท่านั้น แต่ยังเป็นผู้นำในการเปลี่ยนผ่านไปสู่แบตเตอรี่โซลิดสเตตรุ่นถัดไปอีกด้วย

อ้างอิง

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

ข่าวล่าสุด: ขั้วบวกซิลิคอนผสมโบรอนทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นถึง 3 เท่า

2025-06-29 |

เชิงนามธรรม

การรักษาเสถียรภาพของเฟสอินเตอร์เฟสของอิเล็กโทรไลต์แบบของแข็ง (SEI) ยังคงเป็นความท้าทายสำคัญสำหรับขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้ซิลิกอน การผสมซิลิกอนกับธาตุรอง เช่น โบรอน ได้กลายเป็นกลยุทธ์ที่มีแนวโน้มดีในการปรับปรุงอายุการทำงานของขั้วบวกของซิลิกอน แต่กลไกพื้นฐานยังคงไม่ชัดเจน เพื่อแก้ไขช่องว่างของความรู้นี้ ความเข้มข้นของโบรอนมีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่อย่างไรจึงได้รับการตรวจสอบอย่างเป็นระบบ ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นของอายุการทำงานของวงจรที่เกือบจะเป็นเอกภาพโดยมีปริมาณโบรอนสูงกว่า โดยอิเล็กโทรดที่มีโบรอนสูงนั้นมีประสิทธิภาพเหนือกว่าซิลิกอนบริสุทธิ์อย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ ขั้วบวกของโลหะผสมซิลิกอน-โบรอนยังมีอายุการใช้งานตามปฏิทินยาวนานกว่าซิลิกอนบริสุทธิ์เกือบสามเท่า จากการวิเคราะห์เชิงกลไกโดยละเอียด ปัจจัยสนับสนุนอื่นๆ ถูกตัดออกอย่างเป็นระบบ และมีข้อเสนอว่าการทำให้เฉื่อยที่ปรับปรุงดีขึ้นนั้นเกิดจากไดโพลถาวรที่แข็งแกร่งบนพื้นผิวของอนุภาคนาโน ไดโพลนี้ซึ่งเกิดจากโบรอนที่มีการประสานงานไม่เพียงพอและเป็นกรดลูอิสสูง จะสร้างชั้นไอออนที่มีความหนาแน่นคงที่ ซึ่งจะทำให้ส่วนต่อประสานทางเคมีไฟฟ้ามีเสถียรภาพ ลดการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ปรสิต และเพิ่มเสถียรภาพในระยะยาว ผลการวิจัยเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าภายในกรอบงาน SEI ชั้นคู่ไฟฟ้าถือเป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาในการทำปฏิกิริยากับพื้นผิว ข้อมูลเชิงลึกนี้ช่วยให้สามารถหาพื้นที่พารามิเตอร์ที่ยังไม่ได้สำรวจเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพแอโนดซิลิกอนในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนรุ่นต่อไปได้

อ้างอิง

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

LiTFSI สร้างความแตกต่างให้กับแบตเตอรี่โซเดียม-โลหะอย่างไร?

2025-06-29 |

หมายเหตุของบรรณาธิการ: แบตเตอรี่โซเดียม-เมทัลมีความสำคัญต่อการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เคลื่อนที่ในฐานะอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงและมีต้นทุนต่ำ อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลต์และ SEI จำกัดอายุการใช้งานและอัตราการชาร์จ/คายประจุของแบตเตอรี่โซเดียม-เมทัล LiTFSI สร้างความแตกต่างให้กับแบตเตอรี่โซเดียม-เมทัลอย่างไร นี่คือตัวอย่าง ขอบคุณการวิจัยพิเศษจากทีม Shuang Wan

เชิงนามธรรม

การสร้างอินเตอร์เฟสอิเล็กโทรไลต์ของแข็งที่มีอนินทรีย์และแข็งแรง (SEI) เป็นหนึ่งในแนวทางที่สำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของแบตเตอรี่โซเดียมเมทัล (SMB) อย่างไรก็ตาม การนำไฟฟ้าต่ำและการกระจายตัวของสารอนินทรีย์ทั่วไปใน SEI จะรบกวนการแพร่กระจายของ Na+ และทำให้เกิดการสะสมของโซเดียมที่ไม่สม่ำเสมอ ที่นี่ เราสร้าง SEI ที่ไม่ซ้ำใครด้วยสารอนินทรีย์ที่มีการนำไฟฟ้าสูงที่กระจายอย่างสม่ำเสมอโดยการนำ LiTFSI ที่เสียสละตัวเองเข้าไปในอิเล็กโทรไลต์คาร์บอเนตที่เป็นเกลือโซเดียม ผลกระทบจากการแข่งขันที่ลดลงระหว่าง LiTFSI และ FEC อำนวยความสะดวกในการสร้าง SEI ด้วยสารอนินทรีย์ที่กระจายอย่างสม่ำเสมอ ซึ่ง Li3N ที่มีการนำไฟฟ้าสูงและสารอนินทรีย์จะให้โดเมนการขนส่งไอออนอย่างรวดเร็วและไซต์นิวเคลียสที่มีฟลักซ์สูงสำหรับ Na+ จึงเอื้อต่อการสะสมโซเดียมอย่างรวดเร็วในอัตราที่สูง ดังนั้น SEI ที่ได้จาก LiTFSI และ FEC ทำให้เซลล์ Na∥Na3V2(PO4)3 สามารถรักษาความจุได้ 89.15% (87.62 mA hg–1) ในอัตราสูงสุดที่ 60 องศาเซลเซียส หลังจาก 10,000 รอบ ในขณะที่เซลล์ที่ไม่มี LiTFSI สามารถรักษาความจุได้เพียง 48.44% แม้จะผ่านไป 8,000 รอบแล้วก็ตาม ยิ่งไปกว่านั้น เซลล์ถุง Na∥Na3V2(PO4)3 ที่มี SEI พิเศษนั้นสามารถรักษาความจุได้อย่างเสถียรที่ 92.05% ที่อุณหภูมิ 10 องศาเซลเซียส หลังจาก 2,000 รอบ การออกแบบ SEI ที่เป็นเอกลักษณ์นี้แสดงให้เห็นถึงกลยุทธ์ใหม่ในการขับเคลื่อน SMB ให้ทำงานภายใต้เงื่อนไขอัตราสูงสุด

ลิขสิทธิ์ © 2023 สมาคมเคมีอเมริกัน

อ้างอิง

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

LiTFSI ให้ความช่วยเหลือที่ยอดเยี่ยมสำหรับประสิทธิภาพสูงของแบตเตอรี่ลิเธียมแบบโซลิดสเตตที่ใช้ซัลไฟด์

2025-06-27 |

หมายเหตุของบรรณาธิการ: LiTFSI, CAS: 90076-65-6 ช่วยในการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตทั้งหมดที่ใช้ซัลไฟด์ได้อย่างไร นี่คือตัวอย่าง ขอบคุณการวิจัยอันยอดเยี่ยมจากทีมงาน Fangyang Liu

เชิงนามธรรม

หน้าต่างไฟฟ้าเคมีที่แคบของอิเล็กโทรไลต์ซัลไฟด์สามารถนำไปสู่กลไกความล้มเหลวที่แตกต่างกันที่อินเทอร์เฟซของด้านแคโทดและแอโนด การแนะนำกลยุทธ์การปรับเปลี่ยนที่แตกต่างกันสำหรับด้านแคโทดและแอโนดทำให้กระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตทั้งหมดที่ใช้ซัลไฟด์ (ASSLB) มีความซับซ้อนมากขึ้น ในงานนี้ มีการใช้กลยุทธ์การปรับเปลี่ยนแบบบูรณาการโดยการนำเปลือกลิเธียมบิส(ไตรฟลูออโรมีเทนซัลโฟนิล)อิไมด์ (LiTFSI) มาใช้ในระหว่างกระบวนการกลั่นแบบเปียกของ Li6PS5Cl (LPSC) ซึ่งสร้างอินเทอร์เฟซฟลูออรีนที่แข็งแรงได้สำเร็จทั้งในด้านแคโทดและแอโนดพร้อมกัน ในด้านแอโนดลิเธียม การนำไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ที่ลดลงของ LiTFSI@LPSC และการสร้างอินเทอร์เฟซฟลูออรีนสามารถยับยั้งการเติบโตของเดนไดรต์ลิเธียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งได้รับการยืนยันเพิ่มเติมด้วยการคำนวณทฤษฎีความหนาแน่น-ฟังก์ชัน (DFT) ส่งผลให้เซลล์ Li|LiTFSI@LPSC|Li มีความหนาแน่นของกระแสวิกฤตสูงถึง 1.6 mA cm−2 และประสิทธิภาพการทำงานแบบรอบคงที่นานกว่า 1,500 ชั่วโมงที่ 0.2 mA cm−2 ในด้านแคโทด LiTFSI@LPSC ไม่เพียงแต่ปรับปรุงการขนส่ง Li+ ภายในแคโทดคอมโพสิตเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงเปลือก LiTFSI ในตำแหน่งที่สลายตัวเป็นเฟสอิเล็กโทรไลต์แคโทดที่ใช้ LiF (CEI) อีกด้วย โดยสามารถรักษาความจุได้ 98.6% หลังจาก 500 รอบที่อุณหภูมิ 2C ด้วย LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2 (NCM83) ที่แรงดันตัดสูง 4.6 V LiTFSI@LPSC ที่มีฟังก์ชันช่วยให้ปรับเปลี่ยนอินเทอร์เฟซได้อย่างครอบคลุมและครบวงจรสำหรับทั้งด้านแอโนดและแคโทด ทำให้การออกแบบอินเทอร์เฟซใน ASSLB ที่ใช้ซัลไฟด์ง่ายขึ้นอย่างมากในขณะที่มอบประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม

อ้างอิง

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

มีอะไรใหม่ในแอปพลิเคชัน LiTFSI?

2025-06-26 | Jerry Huang

ลิเธียมบิส(ไตรฟลูออโรมีเทนซัลโฟนิล)อิไมด์ (LiTFSI) มีสูตรโมเลกุลเคมีคือ C2F6LiNO4S2 เป็นสารอินทรีย์ผลึกสีขาวหรือผงที่มีความเสถียรทางเคมีไฟฟ้าและความร้อนสูง LiTFSI เป็นสารเติมแต่งอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งสามารถนำไปใช้กับระบบแบตเตอรี่ต่างๆ เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมหลัก แบตเตอรี่ลิเธียมรอง และแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตต

ลิเธียมบิส(ไตรฟลูออโรเมทิลซัลโฟนิล)อิไมด์ (LiTFSI) ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ขึ้นชื่อในเรื่องความเสถียรทางความร้อนและไฟฟ้าเคมีที่ยอดเยี่ยม ด้วยโครงสร้างโมเลกุลที่เป็นเอกลักษณ์ เกลือลิเธียมนี้สร้างเครือข่ายไอออนแข็งภายในอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยลดความหนืดของสารละลายได้อย่างมาก แต่ยังเพิ่มอัตราการส่งผ่านของลิเธียมไอออนได้อย่างมากอีกด้วย คุณสมบัตินี้แปลโดยตรงเป็นประสิทธิภาพสูงในกระบวนการชาร์จและปล่อยประจุแบตเตอรี่ ทำให้ LiTFSI เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการวิจัยและพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตต LiTFSI แสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่ยอดเยี่ยม นอกจากนี้ ยังแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพเชิงบวกอย่างมากในการวิจัยแบตเตอรี่โซเดียมเมทัล (SMB) และคาดว่าจะผลักดันให้เกิดนวัตกรรมใหม่ๆ เพิ่มเติมในเทคโนโลยีแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตาม ความเสถียรของประสิทธิภาพการทำงานของ LiTFSI ในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนและเป็นระบบเป็นปัญหาเร่งด่วนที่ต้องแก้ไขในการวิจัยปัจจุบัน

ลิเธียมบิส(ไตรฟลูออโรเมทิลซัลโฟนิล)อิไมด์ (LiTFSI) เริ่มมีการนำไปใช้งานในแบตเตอรี่ประเภทใหม่ เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโซลิดสเตต รวมถึงแบตเตอรี่โซลิดสเตตโพลิเมอร์ แบตเตอรี่โซลิดสเตตซัลไฟด์ และแบตเตอรี่โซลิดสเตตออกไซด์ LiTFSI ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์ในการปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ รวมถึงบทบาทในการป้องกันขั้วบวก อำนวยความสะดวกในการชาร์จอย่างรวดเร็ว และส่งเสริมข้อได้เปรียบสูงในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง ลิเธียมบิส(ไตรฟลูออโรมีเทนซัลโฟนิล)อิไมด์เป็นสารเติมแต่งอิเล็กโทรไลต์ที่สำคัญชนิดหนึ่งสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม ซึ่งสามารถปรับปรุงเสถียรภาพทางเคมีไฟฟ้า ประสิทธิภาพการทำงานเป็นรอบ และสภาพนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์ และมีผลกัดกร่อนน้อยลงบนแผ่นอลูมิเนียมที่แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น ซึ่งสามารถปรับให้เข้ากับการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ในอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าได้

คาดว่าจะสร้างระบบจ่ายพลังงานคาร์บอนต่ำ

2024-07-21 | Jerry Huang

เมื่อวันที่ 15 กรกฎาคม 2024 คณะกรรมการพัฒนาและปฏิรูปแห่งชาติของจีน (NDRC) และสำนักงานบริหารพลังงานแห่งชาติ (NEA) ได้ออก "โครงการเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงคาร์บอนต่ำและการก่อสร้างโรงไฟฟ้าถ่านหิน (2024-2027)" ซึ่งกล่าวถึงว่า: ภายในปี 2025 โครงการเปลี่ยนแปลงคาร์บอนต่ำของโรงไฟฟ้าถ่านหินแห่งแรกทั้งหมดจะเริ่มต้นขึ้น และเทคโนโลยีพลังงานคาร์บอนต่ำจำนวนมากจะถูกนำไปใช้ การปล่อยก๊าซคาร์บอนของโครงการที่เกี่ยวข้องจะลดลงประมาณ 20% ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง เมื่อเทียบกับปี 2566 แม้จะต่ำกว่าการปล่อยก๊าซคาร์บอนของโรงไฟฟ้าถ่านหินขั้นสูงที่มีอยู่อย่างเห็นได้ชัดด้วยซ้ำ ดังนั้นการสำรวจประสบการณ์อันมีค่าสำหรับพลังงานสะอาดและต่ำ - การเปลี่ยนแปลงคาร์บอนของโรงไฟฟ้าถ่านหิน ด้วยการปรับเปลี่ยนการเปลี่ยนแปลงคาร์บอนต่ำของหน่วยผลิตไฟฟ้าจากถ่านหินที่มีอยู่และการสร้างหน่วยผลิตไฟฟ้าจากถ่านหินคาร์บอนต่ำใหม่ในลักษณะที่มีการประสานงาน เรามุ่งหวังที่จะเร่งการสร้างระบบพลังงานใหม่ที่สะอาด คาร์บอนต่ำ ปลอดภัยและมีคุณภาพสูง มีประสิทธิภาพ.

ตามการคาดการณ์ที่เกี่ยวข้อง ภายในปี 2573 การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากโรงไฟฟ้าถ่านหินจะอยู่ที่ประมาณ 4 พันล้านตัน ดังนั้น เทคโนโลยีคาร์บอนต่ำของอุตสาหกรรมพลังงานถ่านหินจึงเป็นการสนับสนุนหลักในการบรรลุเป้าหมาย '2030 - 2060 Carbon Peak & Carbon Neutral' ของจีน แล้วอุตสาหกรรมพลังงานถ่านหินจะบรรลุการลดคาร์บอนได้อย่างไร?

01 การเปลี่ยนแปลงการลดการปล่อยคาร์บอนของพลังงานถ่านหินและวิธีการก่อสร้าง

ตามโครงการเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงคาร์บอนต่ำและการก่อสร้างโรงไฟฟ้าถ่านหิน (พ.ศ. 2567-2570) มีวิธีเฉพาะสามวิธีในการเปลี่ยนพลังงานถ่านหินให้เป็นคาร์บอนต่ำ:

1 การผสมชีวมวล โดยการใช้ทรัพยากรชีวมวล เช่น ขยะจากการเกษตรและป่าไม้ พืชขยะ และพืชพลังงานทดแทน และคำนึงถึงการจัดหาทรัพยากรชีวมวลที่ยั่งยืน ความปลอดภัย ความยืดหยุ่น ประสิทธิภาพการดำเนินงาน และความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจ หน่วยผลิตไฟฟ้าจากถ่านหินควรควบคู่ไปกับชีวมวล การผลิตกระแสไฟฟ้า หลังจากการเปลี่ยนแปลงและการก่อสร้าง โรงไฟฟ้าถ่านหินควรมีความสามารถในการผสมเชื้อเพลิงชีวมวลมากกว่า 10% ซึ่งช่วยลดการใช้ถ่านหินและการปล่อยก๊าซคาร์บอนได้อย่างมาก

2, การผสมแอมโมเนียสีเขียว โดยใช้กรีนแอมโมเนียผสมกับหน่วยพลังงานถ่านหินเพื่อผลิตไฟฟ้าและทดแทนถ่านหินบางส่วน หน่วยผลิตไฟฟ้าจากถ่านหินควรมีความสามารถในการเผาไหม้แอมโมเนียสีเขียวมากกว่า 10% หลังจากการแปรรูปและการก่อสร้าง โดยมีเป้าหมายที่จะลดปริมาณการใช้ถ่านหินและระดับการปล่อยก๊าซคาร์บอนลงอย่างเห็นได้ชัด

3 การดักจับคาร์บอน การใช้ประโยชน์ และการเก็บรักษา นำวิธีการทางเคมี การดูดซับ เมมเบรน และเทคโนโลยีอื่นๆ มาใช้เพื่อแยกและดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในก๊าซไอเสียของหม้อไอน้ำที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง ดักจับ ทำให้บริสุทธิ์ และบีบอัดคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านการปรับความดันและอุณหภูมิ ส่งเสริมการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีทางธรณีวิทยา เช่น การขับเคลื่อนน้ำมันด้วยคาร์บอนไดออกไซด์อย่างมีประสิทธิภาพ ใช้เทคโนโลยีเคมี เช่น คาร์บอนไดออกไซด์บวกไฮโดรเจน เพื่อให้ได้เมทานอล ดำเนินการจัดเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทางธรณีวิทยาตามสภาพท้องถิ่น

02 เส้นทางการเปลี่ยนผ่านสำหรับพลังงานถ่านหินคาร์บอนต่ำ

การขยายพลังงานสะอาด รวมถึงพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำ พลังงานลม และพลังงานแสงอาทิตย์ เป็นกุญแจสำคัญในการตระหนักถึงพิมพ์เขียวการจัดหาพลังงานคาร์บอนต่ำ หลังจากตอบสนองความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นแล้ว จำเป็นต้องมีการทดแทนพลังงานถ่านหินที่มีอยู่เพิ่มเติมสำหรับการเปลี่ยนผ่านพลังงานคาร์บอนต่ำ หลังจากปี 2030 พลังงานที่ไม่ใช่ฟอสซิลจะเข้ามาแทนที่พลังงานถ่านหินที่มีอยู่และกลายเป็นส่วนสำคัญของแหล่งจ่ายไฟ และหลังจากปี 2050 ส่วนแบ่งการผลิตไฟฟ้าจากถ่านหินจะน้อยกว่า 5% ของแหล่งจ่ายไฟทั้งหมดของจีน

จากการศึกษาของมหาวิทยาลัย Renmin แห่งประเทศจีนเกี่ยวกับแนวโน้มการพัฒนาของการเปลี่ยนผ่านพลังงานถ่านหินแบบคาร์บอนต่ำของจีน สามารถแบ่งออกเป็นสามขั้นตอนดังต่อไปนี้:

1 นับจากนี้จนถึงปี 2030 ซึ่งเป็นช่วงเตรียมการสำหรับการเปลี่ยนผ่านคาร์บอนต่ำ กำลังการผลิตไฟฟ้าจากถ่านหินจะยังคงเติบโตปานกลางก่อนปี 2030 ขณะเดียวกัน พลังงานใหม่จะกลายเป็นแหล่งจ่ายพลังงานส่วนใหญ่เพิ่มขึ้น และส่วนแบ่งของพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ กำลังการผลิตติดตั้งจะมากกว่า 40% ภายในปี 2573

2 ปี 2030-2045 ซึ่งเป็นช่วงการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว หลังจากปี 2030 ส่วนแบ่งของพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์จะสูงกว่าพลังงานถ่านหินอย่างรวดเร็ว และกลายเป็นแหล่งพลังงานหลักของระบบไฟฟ้า โรงไฟฟ้าถ่านหินจำเป็นต้องควบคู่ไปกับเทคโนโลยีชีวมวล CCUS และเทคโนโลยีคาร์บอนต่ำที่สะอาดอื่นๆ ซึ่งช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน

3 ปี พ.ศ. 2588 - 2560 ซึ่งเป็นช่วงการเสริมสร้างและปรับปรุงแหล่งจ่ายไฟ โดยความต้องการไฟฟ้าจะอิ่มตัวภายในปี 2593 พลังงานถ่านหินจะเปลี่ยนเป็นแหล่งจ่ายไฟแบบปรับเปลี่ยนได้อย่างสมบูรณ์ เพื่อรองรับการย่อยและการดูดซับพลังงานหลักของพลังงานลม-พลังงานแสงอาทิตย์ และจัดให้มีไฟฟ้าฉุกเฉินและสำรอง

นี่คือตัวอย่างฐานทัพในทะเลทรายกูบูฉี กำลังการผลิตรวมตามแผนของฐานพลังงาน Kubuqi อยู่ที่ 16 ล้านกิโลวัตต์ ซึ่งรวมถึงพลังงานไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ 8 ล้านกิโลวัตต์ พลังงานลม 4 ล้านกิโลวัตต์ และกำลังการผลิตไฟฟ้าถ่านหินประสิทธิภาพสูงขั้นสูง 4 ล้านกิโลวัตต์ โครงการพลังงานแสงอาทิตย์ที่ถูกสร้างขึ้นนั้นน่าทึ่ง โดยมีกำลังการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ติดตั้งขนาด 2 ล้านกิโลวัตต์เปิดดำเนินการแล้ว หากทุกโครงการแล้วเสร็จคาดว่าจะสามารถส่งไฟฟ้าให้กับครอบครัวหลายล้านครอบครัวได้ประมาณ 4 หมื่นล้านกิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี โดยพลังงานสะอาดคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 50% ของทั้งหมด ซึ่งเทียบเท่ากับการประหยัดพลังงานได้ประมาณ 6 ล้านตัน มาตรฐานถ่านหินและลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 16 ล้านตันต่อปี มีการวางแผนว่าจะมีฐานพลังงานสะอาดเพิ่มมากขึ้น แผงโซลาร์เซลล์สร้างขึ้นครั้งแรก แผงโซลาร์เซลล์ในอีกหนึ่งปีต่อมา ฐานพลังงานแสงอาทิตย์ห้าปีต่อมา

สำหรับ EV และโครงสร้างพื้นฐานการชาร์จ ตามสถิติ ภายในสิ้นเดือนพฤษภาคม 2024 จำนวนโครงสร้างพื้นฐานการชาร์จ EV ทั้งหมดสะสมอยู่ที่ 9.92 ล้านหน่วยทั่วประเทศจีน เพิ่มขึ้น 56% YOY ในบรรดาสิ่งอำนวยความสะดวกการชาร์จสาธารณะและภาคเอกชนเพิ่มขึ้นเป็น 3.05 ล้านหน่วยและ 6.87 ล้านตามลำดับ โดยมีอัตราการเติบโต 46% และ 61% YOY ตามลำดับ นี่แสดงให้เห็นว่าจีนได้สร้างเครือข่ายโครงสร้างพื้นฐานการชาร์จที่ใหญ่ที่สุดในโลก ครอบคลุมพื้นที่ให้บริการที่กว้างที่สุดและประเภทการชาร์จที่หลากหลาย

เปิดตัววิธีการรีไซเคิล LCO และ Ternary LIB ที่มีประสิทธิภาพสูงและประหยัดสีเขียว

2023-09-16 | Jerry Huang

หมายเหตุบรรณาธิการ: ปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายประเภท EV และการจัดเก็บพลังงานระดับกริด ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วโลกยังคงเติบโตอย่างมีนัยสำคัญ เป็นที่คาดกันว่าภายในปี 2573 ปริมาณแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทั่วโลกจะเกิน 11 ล้านตัน ซึ่งจะกลายเป็นแหล่งมลพิษขนาดใหญ่ที่อาจคุกคามสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของประชาชนอย่างร้ายแรง ในขณะเดียวกัน ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมและโคบอลต์เพิ่มมากขึ้น ในทางกลับกัน ปริมาณลิเธียมและโคบอลต์ในแคโทด LIB จะสูงถึง 15% และ 7% โดยน้ำหนัก ตามลำดับ ซึ่งสูงกว่าปริมาณในแร่และน้ำเกลือมาก ดังนั้นการฟื้นตัวขององค์ประกอบโลหะในแคโทด LIB ที่ใช้แล้วจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสิ่งแวดล้อม สังคม และเศรษฐกิจ ปัจจุบันการกู้คืนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสามขั้นตอน: การปรับสภาพ การสกัดโลหะ และการแยกโลหะ ในการวิจัยและพัฒนาขั้นตอนการสกัดโลหะของกระบวนการรีไซเคิล กระบวนการไฮโดรเมทัลโลหการเป็นหนึ่งในทางเลือกที่เป็นไปได้มากที่สุด เนื่องจากมีอัตราการชะล้างโลหะสูงและความบริสุทธิ์ที่น่าพอใจของผลิตภัณฑ์ที่นำกลับมาใช้ใหม่ อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และไม่ประหยัดมากนัก เนื่องจากการใช้กรดอนินทรีย์ทำให้เกิดผลพลอยได้ที่เป็นอันตราย ในขณะที่กรดอินทรีย์ต้องการตัวรีดิวซ์เพิ่มเติมหรือเวลาในการทำปฏิกิริยานานขึ้น และอุณหภูมิที่สูงขึ้นสำหรับการนำโลหะกลับมาใช้ใหม่

นักวิจัยจากทีม Zhong Lin Wang นำเสนอวิธีการรีไซเคิล LIB ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม มีประสิทธิภาพสูง และประหยัด ซึ่งรวมถึงแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ (LCO) และแบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาค

เชิงนามธรรม

ด้วยแนวโน้มทั่วโลกที่มีต่อความเป็นกลางของคาร์บอน ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (LIB) จึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม วิธีการรีไซเคิลในปัจจุบันสำหรับ LIB ที่ใช้แล้วจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงอย่างเร่งด่วนในแง่ของความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ต้นทุน และประสิทธิภาพ ที่นี่เราเสนอวิธีการเร่งปฏิกิริยาด้วยกลไกซึ่งมีชื่อว่า contact-electro-catalysis โดยใช้อนุมูลที่เกิดจากการสัมผัสกระแสไฟฟ้าเพื่อส่งเสริมการชะล้างของโลหะภายใต้คลื่นอัลตราโซนิก นอกจากนี้เรายังใช้ SiO2 เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่สามารถรีไซเคิลได้ในกระบวนการนี้ สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ (III) ออกไซด์ ประสิทธิภาพการชะล้างสูงถึง 100% สำหรับลิเธียมและ 92.19% สำหรับโคบอลต์ที่ 90 °C ภายใน 6 ชั่วโมง สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาค ประสิทธิภาพการชะล้างของลิเธียม นิกเกิล แมงกานีส และโคบอลต์สูงถึง 94.56%, 96.62%, 96.54% และ 98.39% ที่ 70 °C ตามลำดับ ภายใน 6 ชั่วโมง เราคาดหวังว่าวิธีการนี้สามารถให้แนวทางที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม มีประสิทธิภาพสูง และประหยัดสำหรับการรีไซเคิล LIB ซึ่งตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณสำหรับการผลิต LIB

อ้างอิง

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