Katı elektrolit ara fazını (SEI) stabilize etmek, silikon bazlı lityum iyon pil anotları için önemli bir zorluk olmaya devam etmektedir. Silikonu bor gibi ikincil elementlerle alaşımlamak, silikon anotların çevrim ömrünü iyileştirmek için umut verici bir strateji olarak ortaya çıkmıştır, ancak altta yatan mekanizma hala belirsizliğini korumaktadır. Bu bilgi boşluğunu gidermek için, bor konsantrasyonunun pil performansını nasıl etkilediği sistematik olarak araştırılmıştır. Bu sonuçlar, daha yüksek bor içeriğiyle çevrim ömründe neredeyse monotonik bir artış olduğunu ve bor açısından zengin elektrotların saf silikondan önemli ölçüde daha iyi performans gösterdiğini göstermektedir. Ek olarak, silikon-bor alaşımlı anotlar saf silikondan neredeyse üç kat daha uzun takvim ömrüne sahiptir. Ayrıntılı mekanik analiz yoluyla, alternatif katkıda bulunan faktörler sistematik olarak elenmiştir ve gelişmiş pasifleşmenin nanopartikül yüzeyindeki güçlü bir kalıcı dipolden kaynaklandığı önerilmiştir. Az koordineli ve oldukça Lewis asidik bor tarafından oluşturulan bu dipol, elektrokimyasal arayüzü stabilize eden, parazitik elektrolit ayrışmasını azaltan ve uzun vadeli kararlılığı artıran statik, iyon yoğun bir tabaka oluşturur. Bu bulgular, SEI çerçevesi içinde, elektriksel çift katmanın yüzey pasifleştirmede önemli bir husus olduğunu göstermektedir. Bu içgörü, yeni nesil lityum iyon pillerde silikon anotları optimize etmek için yeterince keşfedilmemiş bir parametre alanı sağlar.
Editörün notu: Sodyum metal piller, yüksek enerji yoğunluğuna ve düşük maliyete sahip bir enerji depolama aygıtı olarak büyük ölçekli enerji depolama ve mobil elektronik cihazlar için önemlidir. Ancak, elektrolit ve SEI'nin performansı, sodyum metal pillerin çevrim ömrünü ve şarj/deşarj oranını sınırlar. LiTFSI, sodyum metal pillerde nasıl bir fark yaratır? İşte bir örnek. Shuang Wan ekibinin özel bir araştırması sayesinde.
Soyut
İnorganik açıdan zengin ve sağlam bir katı elektrolit ara fazı (SEI) oluşturmak, sodyum metal pillerinin (SMB'ler) elektrokimyasal performansını iyileştirmenin en önemli yaklaşımlarından biridir. Ancak, SEI'deki yaygın inorganiklerin düşük iletkenliği ve dağılımı, Na+ difüzyonunu bozar ve düzensiz sodyum birikimine neden olur. Burada, sodyum tuzu bazlı karbonat elektrolitine bir öz fedakarlık LiTFSI ekleyerek eşit şekilde dağılmış yüksek iletkenliğe sahip inorganiklerle benzersiz bir SEI oluşturuyoruz. LiTFSI ve FEC arasındaki indirgeyici rekabet etkisi, eşit şekilde dağılmış inorganiklerle SEI oluşumunu kolaylaştırır. Yüksek iletkenliğe sahip Li3N ve inorganikler, Na+ için hızlı iyon taşıma alanları ve yüksek akışlı nükleasyon bölgeleri sağlar ve böylece yüksek oranda hızlı sodyum birikimine elverişli hale gelir. Bu nedenle, LiTFSI ve FEC'den türetilen SEI, Na∥Na3V2(PO4)3 hücresinin 10.000 döngüden sonra 60 C'lik ultra yüksek bir oranda %89,15 kapasite tutma (87,62 mA hg–1) göstermesini sağlarken, LiTFSI'siz hücre 8000 döngüden sonra bile yalnızca %48,44 kapasite tutma sağlar. Dahası, özel SEI'ye sahip Na∥Na3V2(PO4)3 kese hücresi 2000 döngüden sonra 10 C'de %92,05'lik kararlı bir kapasite tutma sunar. Bu benzersiz SEI tasarımı, SMB'leri aşırı yüksek oranlı koşullar altında çalıştırmak için yeni bir stratejiyi açıklar.
Editörün notu: LiTFSI, CAS: 90076-65-6, sülfür bazlı tamamen katı-sat lityum pilinin geliştirilmesine nasıl yardımcı oluyor? İşte bir örnek. Fangyang Liu ekibinin olağanüstü araştırmaları sayesinde.
Soyut
Sülfür elektrolitlerinin dar elektrokimyasal penceresi, katot ve anot taraflarının arayüzlerinde farklı arıza mekanizmalarına yol açabilir. Katot ve anot tarafları için farklı modifikasyon stratejilerinin tanıtılması, sülfür bazlı tüm katı hal lityum piller (ASSLB'ler) için üretim sürecinin karmaşıklığını artırır. Bu çalışmada, Li6PS5Cl'nin (LPSC) ıslak rafine etme işlemi sırasında lityum bis(triflorometansülfonil)imid (LiTFSI) kabukları tanıtılarak entegre bir modifikasyon stratejisi kullanıldı ve bu, hem katot hem de anot taraflarında aynı anda yerinde sağlam florlu arayüzler oluşturmayı başardı. Lityum anot tarafında, LiTFSI@LPSC'nin azalan elektronik iletkenliği ve florlu arayüzün oluşumu, lityum dendrit büyümesini etkili bir şekilde bastırdı ve bu, Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (DFT) hesaplamalarıyla daha da doğrulandı. Sonuç olarak, Li|LiTFSI@LPSC|Li hücresi 1,6 mA cm−2'ye kadar kritik akım yoğunluğu ve 0,2 mA cm−2'de 1500 saat boyunca kararlı çevrim performansı elde etti. Katot tarafında, LiTFSI@LPSC sadece kompozit katot içindeki Li+ taşınımını geliştirmekle kalmadı, aynı zamanda LiTFSI kabuğunu yerinde LiF bazlı katot elektrolit ara fazına (CEI) ayrıştırdı. Kapasite tutma, 4,6 V'luk yüksek kesme voltajında LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2 (NCM83) ile 2C'de 500 çevrimden sonra %98,6'ya ulaştı. Fonksiyonelleştirilmiş LiTFSI@LPSC, hem anot hem de katot tarafları için kapsamlı, hepsi bir arada arayüz modifikasyonunu kolaylaştırarak, olağanüstü elektrokimyasal performans sunarken sülfür bazlı ASSLB'lerde arayüz mühendisliğini önemli ölçüde basitleştirir.
Lityum bis(triflorometansülfonil)imit (LiTFSI), kimyasal moleküler formülü C2F6LiNO4S2 olan, yüksek elektrokimyasal ve termal kararlılığa sahip beyaz kristal veya toz halinde bir organik maddedir. Bir elektrolit katkı maddesi olarak LiTFSI, birincil lityum piller, ikincil lityum piller ve katı hal lityum piller gibi çeşitli pil sistemlerine uygulanabilir.
Lityum-iyon pillerin elektrolitindeki önemli bir bileşen olan lityum bis(triflorometilsülfonil)imid (LiTFSI), mükemmel termal ve elektrokimyasal kararlılığıyla bilinir. Benzersiz moleküler yapılandırması sayesinde bu lityum tuzu, elektrolit içinde katı bir anyon ağı oluşturur; bu, yalnızca çözeltinin viskozitesini önemli ölçüde azaltmakla kalmaz, aynı zamanda lityum iyon mekik hızını da önemli ölçüde artırır. Bu özellik, doğrudan pil şarj ve deşarj sürecinde yüksek verimliliğe dönüşür ve LiTFSI'yi lityum-iyon pillerin genel performansını artırmak için ideal hale getirir. Özellikle katı hal lityum pillerin araştırma ve geliştirmesinde LiTFSI büyük bir potansiyel göstermektedir. Ayrıca, Sodyum Metal Piller (SMB'ler) araştırmasında oldukça olumlu bir performans göstermektedir ve pil teknolojisinde daha fazla yeniliğe öncülük etmesi beklenmektedir. Ancak, LiTFSI'nin karmaşık ve sistematik ortamlardaki performans kararlılığı, mevcut araştırmada çözülmesi gereken acil sorunlardır.
Lityum bis(triflorometilsülfonil)imit (LiTFSI), polimer katı hal piller, sülfür katı hal piller ve oksit katı hal piller dahil olmak üzere katı hal lityum iyon piller gibi yeni tip pillerde toplu olarak uygulanmaya başlanmıştır. LiTFSI'nin, anot korumasındaki rolü, hızlı şarj etme yeteneğini kolaylaştırması ve geniş bir sıcaklık aralığında yüksek avantajı teşvik etmesi dahil olmak üzere pil performansını iyileştirmek için yararlı olduğu gösterilmiştir. Lityum bis(triflorometansülfonil)imit, lityum piller için önemli elektrolit katkı maddelerinden biridir, elektrolitin elektrokimyasal kararlılığını, döngü performansını ve iletkenliğini artırabilir ve daha yüksek voltajlarda alüminyum folyo üzerinde daha az aşındırıcı etkiye sahiptir, bu da EV endüstrisinde pillerin enerji yoğunluğunu artırmak için uyarlanabilir.
15 Temmuz 2024'te, Çin Ulusal Kalkınma ve Reform Komisyonu (NDRC) ve Ulusal Enerji İdaresi (NEA), "Düşük Karbonlu Dönüşüm ve Kömürlü Enerji Santrallerinin İnşası (2024-2027) Programı"nı yayınladı. Programda şunlar belirtiliyor: 2025'e kadar ilk kömür santrallerinin düşük karbonlu dönüşüm projelerine başlanacak, birçok düşük karbonlu enerji teknolojisi hayata geçirilecek; ilgili projelerin karbon emisyonları, 2023'e kıyasla kilovatsaat başına yaklaşık %20 oranında, hatta mevcut gelişmiş kömürlü termik santrallerin karbon emisyonlarından açıkça daha düşük olacak şekilde azaltılacak, böylece temiz ve düşük enerjili enerji santralleri için değerli deneyimler keşfedilecek. -kömür santrallerinin karbon dönüşümü. Mevcut kömürlü termik santrallerin düşük karbonlu dönüşümü ve yeni düşük karbonlu kömürlü termik santrallerin inşasını koordineli bir şekilde uyarlayarak temiz, düşük karbonlu, güvenli ve yüksek karbonlu yeni bir enerji sisteminin inşasını hızlandırmayı hedefliyoruz. verimli.
İlgili tahminlere göre 2030 yılına kadar kömürlü termik santrallerden kaynaklanan CO2 emisyonu yaklaşık 4 milyar ton olacak. Bu nedenle, kömür enerjisi endüstrisinin düşük karbon teknolojileri, Çin'in '2030 - 2060 Karbon Zirvesi ve Karbon Nötr' hedefine ulaşmada temel destektir. Peki kömür enerjisi endüstrisi karbonsuzlaştırmayı nasıl başarabilir?
01 Kömür santralinde karbondan arındırma dönüşümü ve inşaat yöntemleri
Düşük Karbonlu Dönüşüm ve Kömürlü Enerji Santrallerinin İnşası Programına (2024-2027) göre, kömür enerjisini düşük karbonizasyona dönüştürmenin üç spesifik yolu vardır:
1, Biyokütle harmanlama. Tarım ve orman atıkları, atık tesisleri ve yenilenebilir enerji bitkileri gibi biyokütle kaynaklarının kullanılması ve biyokütle kaynaklarının sürdürülebilir tedariki, güvenlik, esneklik, operasyonel verimlilik ve ekonomik fizibilite dikkate alınarak, kömür yakıtlı enerji üretim ünitelerinin biyokütle ile birleştirilmesi gerekmektedir. güç üretimi. Dönüşüm ve inşaat sonrasında kömürlü termik santrallerin biyokütle yakıtlarının %10'undan fazlasını karıştırma kabiliyetine sahip olması, böylece kömür tüketimini ve karbon emisyonunu önemli ölçüde azaltması gerekiyor.
2, Yeşil amonyak karışımı. Elektrik üretmek ve kömürün bir kısmını değiştirmek için yeşil amonyağın kömürle çalışan güç üniteleriyle karıştırılmasıyla. Kömürlü termik santraller, dönüşüm ve inşaat sonrasında %10'dan fazla yeşil amonyak yakma kapasitesine sahip olmalı ve kömür tüketiminin ve karbon emisyon seviyelerinin açıkça azaltılabilmesi amacıyla.
3, Karbon yakalama, kullanım ve depolama. Kömürle çalışan kazanların baca gazındaki karbondioksiti ayırmak ve yakalamak için kimyasal yöntemleri, adsorpsiyonu, membranı ve diğer teknolojileri benimseyin. Basınç ve sıcaklık ayarıyla karbondioksiti yakalayın, arındırın ve sıkıştırın. Karbondioksitle verimli petrol üretimi gibi jeolojik teknolojilerin uygulanmasının teşvik edilmesi. Metanol elde etmek için karbondioksit artı hidrojen gibi kimyasal teknolojileri kullanın. Yerel koşullara göre karbondioksitin jeolojik depolanmasını uygulayın.
02 Düşük karbonlu kömür enerjisine geçiş yolları
Hidroelektrik enerji, rüzgar enerjisi ve güneş enerjisi de dahil olmak üzere temiz enerjinin genişletilmesi, düşük karbonlu güç kaynağı planlarının gerçekleştirilmesinin anahtarıdır. Artan enerji talebinin karşılanmasının ardından, düşük karbonlu enerjiye geçiş için mevcut kömürlü termik santralin daha fazla değiştirilmesi gerekiyor. 2030'dan sonra fosil olmayan enerji, mevcut kömürün yerini alacak ve enerji arzının büyük bir kısmını oluşturacak; 2050'den sonra kömür yakıtlı elektrik üretiminin Çin'in toplam elektrik arzı içindeki payı %5'ten az olacak.
Çin'in düşük karbonlu kömür enerjisine geçişinin kalkınma görünümü üzerine Çin Renmin Üniversitesi'nde yapılan bir araştırmaya göre, bu süreç aşağıdaki üç adıma ayrılabilir:
1, Düşük karbon geçişine hazırlık dönemi olan 2030'a kadar, kömür enerjisi kapasitesi 2030'dan önce ılımlı bir şekilde artmaya devam edecek, aynı zamanda yeni enerji, güç arzı artışının çoğunluğunu oluşturacak ve rüzgar ve güneş enerjisinin payı artacak Kurulu kapasite 2030 yılına kadar %40'ın üzerine çıkacak.
2, Yıl 2030-2045, hızlı geçiş dönemi olarak, 2030'dan sonra rüzgar ve güneş enerjisinin payı hızla kömür enerjisini aşacak ve güç sisteminin ana güç kaynağı haline gelecektir. Kömürlü termik santrallerin biyokütle teknolojisi, CCUS ve diğer temiz düşük karbon teknolojileriyle birleştirilmesi ve böylece karbon emisyonlarının azaltılması gerekiyor.
3, Yıl 2045 -2060, güç kaynağı güçlendirme ve iyileştirme dönemi olarak, 2050 yılına kadar elektrik talebi doyuma ulaşacak, kömür enerjisi tamamen rüzgar-güneş enerjisinin ana gücünün sindirilmesine ve emilmesine hizmet eden bir ayarlı güç kaynağına dönüştürülecek ve acil durum ve yedek güç sağlamak.
İşte Kubuqi Çölü'ndeki güç üssünün bir örneği. Kubuqi enerji üssünün toplam planlanan kapasitesi, 8 milyon kilovatlık fotovoltaik enerji, 4 milyon kilovatlık rüzgar enerjisi ve 4 milyon kilovatlık gelişmiş yüksek verimli kömür enerji kapasitesi dahil olmak üzere 16 milyon kilovattır. İnşa edilen güneş enerjisi projeleri muhteşem; halihazırda faaliyette olan 2M kW kurulu fotovoltaik kapasite ile. Tüm projelerin tamamen tamamlanması halinde, milyonlarca aileye yılda yaklaşık 40 milyar kWh elektrik ulaştırılabileceği, toplamın %50'sinden fazlasının temiz enerjiden karşılanacağı ve bunun da yaklaşık 6 milyon ton enerji tasarrufuna eşdeğer olacağı tahmin ediliyor. Standart kömür ve karbondioksit emisyonlarının yılda yaklaşık 16 milyon ton azaltılması. Daha fazla temiz enerji üssünün devreye girmesi planlanıyor. Güneş panelleri ilk kez inşa edildi Bir yıl sonra güneş panelleri Beş yıl sonra güneş enerjisi üssü
EV ve şarj altyapısına gelince, istatistiklere göre, Mayıs 2024 sonu itibarıyla Çin genelinde toplam EV şarj altyapısı sayısı, yıldan yıla %56 artışla 9,92 milyon adede ulaştı. Bunlar arasında kamu şarj tesisleri ve özel sektör sırasıyla %46 ve %61 büyüme oranlarıyla sırasıyla 3,05 milyon adede ve 6,87 milyona yükseldi. Bu, Çin'in, en geniş hizmet alanını ve şarj türlerini kapsayan, dünyanın en büyük şarj altyapısı ağını kurduğu anlamına geliyor.
Editörün notu: Lityum-iyon piller artık çeşitli elektronik cihazlarda, elektrikli araçlarda ve şebeke ölçeğinde enerji depolamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Lityum iyon pillere yönelik küresel talep önemli ölçüde artmaya devam ediyor. 2030 yılına gelindiğinde dünya çapında kullanılmış lityum iyon pil hacminin 11 milyon tonu aşacağı, bunun da çevreyi ve halk sağlığını ciddi şekilde tehdit edebilecek büyük bir kirlilik kaynağı haline geleceği tahmin ediliyor. Aynı zamanda, lityum iyon pillere olan talebin artması, lityum ve kobalt talebinin de artmasına neden oluyor. Öte yandan, LIB katotlarındaki lityum ve kobalt içeriği, sırasıyla ağırlıkça %15 ve %7 kadar yüksektir; bu, cevher ve tuzlu sulardakinden çok daha yüksektir. Bu nedenle, kullanılmış LIB katotlarındaki metal elementlerin geri kazanımı büyük çevresel, sosyal ve ekonomik öneme sahiptir. Şu anda lityum iyon pillerin geri kazanımı temel olarak üç aşamaya ayrılıyor: ön arıtma, metal ekstraksiyonu ve metal ayırma. Geri dönüşüm sürecinin metal ekstraksiyon adımının araştırılması ve geliştirilmesinde, hidrometalurjik süreç, yüksek metal süzme oranı ve geri kazanılan ürünlerin tatmin edici saflığı nedeniyle en uygun seçeneklerden biridir. Ancak süreç ne o kadar çevre dostu ne de çok ekonomiktir çünkü inorganik asitlerin kullanımı tehlikeli yan ürünler doğurur; organik asitler ise metalin geri kazanılması için ek indirgeyici maddelere veya daha uzun reaksiyon sürelerine ve daha yüksek sıcaklıklara ihtiyaç duyar.
Zhong Lin Wang ekibinden araştırmacılar, lityum kobalt oksit piller (LCO) ve üçlü lityum piller de dahil olmak üzere LIB'lerin geri dönüşümü için yeşil, oldukça verimli ve ekonomik olan olası bir yöntemi bize sunuyor.
Soyut
Karbon nötrlüğe yönelik küresel eğilimle birlikte lityum iyon pillere (LIB'ler) olan talep sürekli artıyor. Ancak kullanılmış LIB'lere yönelik mevcut geri dönüşüm yöntemlerinin çevre dostu olma, maliyet ve verimlilik açısından acil iyileştirmelere ihtiyacı vardır. Burada, ultrasonik dalga altında metalin süzülmesini teşvik etmek için temas elektrifikasyonu tarafından üretilen radikalleri kullanan, temas-elektro-kataliz olarak adlandırılan mekanik-katalitik bir yöntem öneriyoruz. Ayrıca proseste geri dönüştürülebilir katalizör olarak SiO2 kullanıyoruz. Lityum kobalt (III) oksit piller için liç verimliliği, 90 °C'de 6 saat içinde lityum için %100'e, kobalt için %92,19'a ulaştı. Üçlü lityum piller için lityum, nikel, manganez ve kobaltın liç verimleri 70 °C'de 6 saat içinde sırasıyla %94,56, %96,62, %96,54 ve %98,39'a ulaştı. Bu yöntemin, LIB geri dönüşümü için yeşil, yüksek verimli ve ekonomik bir yaklaşım sunarak LIB üretimlerine yönelik katlanarak artan talebi karşılayabileceğini öngörüyoruz.
Editörün notu: Lityum-iyon piller artık çeşitli elektronik cihazlarda, elektrikli araçlarda ve şebeke ölçeğinde enerji depolamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Lityum iyon pillere yönelik küresel talep önemli ölçüde artmaya devam ediyor. 2030 yılına gelindiğinde dünya çapında kullanılmış lityum iyon pil hacminin 11 milyon tonu aşacağı, bunun da çevreyi ve halk sağlığını ciddi şekilde tehdit edebilecek büyük bir kirlilik kaynağı haline geleceği tahmin ediliyor. Aynı zamanda, lityum iyon pillere olan talebin artması, lityum ve kobalt talebinin de artmasına neden oluyor. Öte yandan, LIB katotlarındaki lityum ve kobalt içeriği, sırasıyla ağırlıkça %15 ve %7 kadar yüksektir; bu, cevher ve tuzlu sulardakinden çok daha yüksektir. Bu nedenle, kullanılmış LIB katotlarındaki metal elementlerin geri kazanımı büyük çevresel, sosyal ve ekonomik öneme sahiptir. Şu anda lityum iyon pillerin geri kazanımı temel olarak üç aşamaya ayrılıyor: ön arıtma, metal ekstraksiyonu ve metal ayırma. Geri dönüşüm sürecinin metal ekstraksiyon adımının araştırılması ve geliştirilmesinde, hidrometalurjik süreç, yüksek metal süzme oranı ve geri kazanılan ürünlerin tatmin edici saflığı nedeniyle en uygun seçeneklerden biridir. Ancak süreç ne o kadar çevre dostu ne de çok ekonomiktir çünkü inorganik asitlerin kullanımı tehlikeli yan ürünler doğurur; organik asitler ise metalin geri kazanılması için ek indirgeyici maddelere veya daha uzun reaksiyon sürelerine ve daha yüksek sıcaklıklara ihtiyaç duyar.
Zhong Lin Wang ekibinden araştırmacılar bize LIB'lerin, özellikle de LFP pillerinin geri dönüşümü için yeşil, yüksek verimli ve ekonomik olası bir yöntem sunuyor.
Soyut
Dünya çapındaki lityum iyon pil (LIB) pazar payının %32'sinden fazlasını temsil eden lityum demir fosfat pillerin (LFP'ler) geri dönüştürülmesi, değerli element kaynakları ve çevresel kaygılar nedeniyle dikkatleri artırmıştır. Bununla birlikte, tipik olarak elektrokimyasal veya kimyasal liç yöntemlerine dayanan en son teknoloji geri dönüşüm teknolojileri, sıkıcı prosedürler, çok büyük kimyasal/elektrik tüketimi ve ikincil kirlilik gibi kritik sorunlara sahiptir. Burada, harcanan LFP'nin geri dönüşümü için bir elektrokimyasal LIB geri dönüşüm reaktörü ve bir triboelektrik nanojeneratörden (TENG) oluşan, kendi kendine çalışan yenilikçi bir sistemi rapor ediyoruz. Elektrokimyasal LIB geri dönüşüm reaktöründe, NaCl çözeltisinde elektrokimyasal olarak üretilen Cl−/ClO− çifti, ekstra kimyasallar olmadan redoks hedefleme reaksiyonu yoluyla LFP'yi FePO4 ve Li+'ya parçalamak için redoks aracısı olarak benimsenir. Ek olarak, kasalar, alüminyum-plastik filmler ve akım toplayıcılar dahil olmak üzere LIB'lerden atılan bileşenleri kullanan bir TENG, ikincil kirleticileri büyük ölçüde en aza indirecek şekilde tasarlanmıştır. Ayrıca TENG, elektrokimyasal geri dönüşüm sistemine güç sağlamak ve pilleri şarj etmek için 0,21 W'lık bir çıkış sağlayarak rüzgar enerjisini topluyor. Bu nedenle, harcanan LFP'nin geri dönüşümü için önerilen sistem, LIB teknolojilerinin sürdürülebilirliğini destekleyebilecek yüksek saflık (Li2CO3, %99,70 ve FePO4, %99,75), kendi kendine güç sağlayan özellikler, basitleştirilmiş arıtma prosedürü ve yüksek kâr sergiler.
Li-ion piller, yüksek enerji yoğunluklarıyla elektrikli araç pazarına giriş yaptı, ancak yine de grafit anot tarafından sınırlandırılan yavaş kinetikten muzdaripler. Burada, Li kaplamasız mikro boyutlu bir grafit anotun aşırı hızlı şarjını (XFC) sağlayan elektrolitler tasarlanmıştır. Li+'nın toplu elektrolit, yük transfer süreci ve katı elektrolit interfaz (SEI) içindeki difüzyonu üzerine kapsamlı karakterizasyon ve simülasyonlar, yüksek iyonik iletkenliğin, Li+'nın düşük desolvasyon enerjisinin ve koruyucu SEI'nin XFC için gerekli olduğunu göstermektedir. Kriter temelinde, iki hızlı şarj elektrolit tasarlanmıştır: 1,3-dioksolan içinde düşük voltajlı 1.8 m LiFSI (LiFePO4||grafit hücreler için) ve 4-floroetilen karbonat ve asetonitril karışımı içinde yüksek voltajlı 1.0 m LiPF6 (hacimce 7:3) (LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||grafit hücreleri için). Eski elektrolit, grafit elektrotun 50C'de (1C = 370 mAh g-1) 180 mAh g-1 elde etmesini sağlar; bu, geleneksel bir elektrolitten 10 kat daha yüksektir. İkinci elektrolit, LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||grafit hücrelerin (2 mAh cm−2, N/P oranı = 1) 4C şarjda ve 0.3C deşarjda 170 mAh g−1'lik rekor kıran tersinir kapasite sağlamasına olanak tanır. . Bu çalışma, XFC için temel mekanizmaları açıklar ve grafit anotlu pratik hızlı şarj LIB'ler için öğretici elektrolit tasarım ilkeleri sağlar.
Editörün notu: Araştırmacılar, ekonomik ve metal içermeyen (çevre dostu) Lityum İyon Pilin yüksek voltajlı, yüksek enerji yoğunluklu elektrokimyasında çığır açan bir gelişme bildirdiler. Bu 4 V sınıfı organik lityum iyon pil, yüksek teorik kapasiteye ve yüksek voltaja sahipken, pratik katot malzemeleri ve elektrolitleri henüz keşfedilmemiş durumda.
Redox-Active Organik Küçük Moleküller Yüksek Voltajlı (>4 V) Lityum İyon Pil Katotları İçin Uygulanabilir mi?
Tarafından: Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Kazuyuki Iwase, Yoshiyuki Gambe, Itaru Honma | İlk yayın tarihi: 10 Mart 2022, Advanced Science'da
4 V Sınıfı Organik Lityum İyon Pil
Organik lityum iyon piller, yüksek teorik kapasiteleri nedeniyle büyük ilgi görürken, yüksek voltajlı organik katot malzemeleri henüz keşfedilmemiş durumda. 2200187 numaralı makalede, Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Itaru Honma ve iş arkadaşları, yüksek voltajda krokonik asidin elektrokimyasını bildirmektedir. Teorik ve deneysel araştırmalar, krokonik asitteki iki enolatın, enerji depolaması için kullanılabilecek yaklaşık 4 V redoks gösterdiğini doğrulamaktadır.
Soyut
Organik piller yüksek teorik kapasiteleri nedeniyle büyük ilgi görürken, yüksek voltajlı organik aktif maddeler (> 4 V vs Li/Li+) henüz keşfedilmemiş durumda. Burada, yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamaları, hem dimetil sülfoksit hem de y-butirolakton (GBL) elektrolitlerinde lityum-iyon pil katot malzemesi olarak kullanım için krokonik asidin (CA) elektrokimyasını araştırmak için döngüsel voltametri ölçümleriyle birleştirilir. DFT hesaplamaları, CA dilityum tuzunun (CA–Li2), 4.0 V'nin üzerinde redoks reaksiyonlarına giren iki enolat grubuna ve GBL'de dört lityum iyonunu depolamak için 1949 Wh kg–1 malzeme düzeyinde teorik enerji yoğunluğuna sahip olduğunu göstermektedir; geleneksel inorganik ve bilinen organik katot malzemeleri. Döngüsel voltametri ölçümleri, her iki elektrolitte de ≈4 V'ta enolat grubu tarafından yüksek oranda tersine çevrilebilir bir redoks reaksiyonu ortaya koymaktadır. GBL'de lityum iyon pil katodu olarak CA'nın pil performans testleri, 3,9 ve 3,1 V'ta iki deşarj voltajı platosu ve beş döngüden sonra kapasite kaybı olmadan 102,2 mAh g–1 deşarj kapasitesi gösterir. Bilinen son teknoloji organik küçük moleküllere kıyasla daha yüksek deşarj voltajları ile CA, gelecekteki yüksek enerji yoğunluklu lityum iyon organik piller için ana katot malzemesi adayı olmayı vaat ediyor.
15 Nisan'da Changzhou Liyuan New Energy Co'dan bir Ar-Ge ekibi Nanjing'de şirketin LFP katot malzemesi üzerinde teknolojik bir atılım yaptığını ve bunun LFP'nin performansını ve ayrıca düşük sıcaklıkta şarj oranını önemli ölçüde iyileştirdiğini duyurdu.
Geleneksel LFP pille çalışan bir EV'nin menzil kaygısı konusunda kendi bariz dezavantajı vardır, yani menzili, -20℃ gibi düşük sıcaklıklarda genellikle iddia edilen NEDC / WLTP / EPA aralığının yaklaşık %50'sidir.
Yeni LFP malzemesi "LFP-1"in, sekiz yılda 2.000'den fazla tekrarlanan deneyden sonra Shenzhen Araştırma Merkezi'nden 20'den fazla Ar-Ge uzmanı tarafından geliştirildiği iddia ediliyor ve Ar-Ge ekibi bununla 5 patent kazandı.
“LFP-1”in çığır açan performanslarının, son teknoloji “enerji küreleri” teknolojisi ile birlikte katot malzemesi içinde yüksek hızlı lityum iyon taşıma kanalları kurulmasıyla elde edildiği bildiriliyor; ve malzeme özellikleri:
LFP pilinin deşarj kapasitesini -20℃ derecede %55'ten %85'e ve -40℃ derecede neredeyse sıfırdan %57'ye çıkarmak.
Sadece 15 dakikalık 4C hızlı şarj ile 500 kilometre menzile ulaşmak. Buna karşılık, geleneksel LFP piliyle çalışan bir EV, yaklaşık 550 kilometrelik bir menzile ulaşmak için genellikle 40 dakikalık hızlı şarj gerektirir.
Poworks
Poworks lityum bileşiklerinin profesyonel üreticisi ve tedarikçisi konumundadır.
Güneş panelleri ilk kez inşa edildi
Bir yıl sonra güneş panelleri
Beş yıl sonra güneş enerjisi üssü
