LCO ve Üçlü LIB'lerin Geri Dönüşümü İçin Yeşil, Yüksek Verimli ve Ekonomik Yöntem Yayınlandı

2023-09-16 | Jerry Huang

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 ekonomik. Çünkü inorganik asitlerin kullanımı zararlı yan ürünler getiriyor; 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.

Referans

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

LFP Pillerin Geri Dönüşümü İçin Verimli, Yeşil ve Ekonomik Bir Yöntem Ortaya Çıktı

2023-09-16 | Jerry Huang

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 zararlı 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 artırdı. 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.

Referans

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

Grafit Anot Kullanan 50C Hızlı Şarj Edilen Li-İyon Piller

2022-11-01 |

Soyut

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.

Referanslar

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

Yüksek Voltajlı Yüksek Enerji Yoğunluğu Li-ion Pilin Ucuz ve Metal İçermediği Bildirildi

2022-07-10 | Jerry Huang

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.

Referanslar:

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

Çığır Açan Düşük Sıcaklık LFP Teknolojisi Ortaya Çıktı

2022-04-19 | Jerry Huang

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.

Sodyum Sonraki Çözüm Olacak mı?

2022-04-08 | Jerry Huang

2020'de EV pazarına dahil olanlar heyecanla lityumla çalışan pillerin maliyetinin düşmesinin dünya çapında EV satışlarında hızlı bir büyüme getireceğini tahmin ediyorlardı ve gerçekten de öyle oldu.

Global Lithium LLC'den Bay Jow Lowry, Şubat ayında ve erken saatlerde lityum karbonat ve lityum hidroksit fiyatlarındaki çarpıcı artış hakkında, 2022'nin ilk çeyreğine gelindiğinde, çoğumuz “Mart Çılgınlığı” ile tanışmaya hazır değiliz, dedi. Mart. Ancak, yüksek lityum fiyatlarının EV pazarından talep yıkımı yaratmayacağını düşünüyor. “Arz-talep dengesizliğini yaratan yatırım eksikliği nedeniyle yüksek lityum fiyatlarına sahibiz. Bunun talebi yok edeceğine inanmıyorum. Daha doğru bir ifadeyle, talebi ileriye taşıyacağına inanıyorum. EV devrimi, bu on yılda lityum arzının olmaması nedeniyle sınırlı olacak. Artık buna hiç şüphe yok” diyor Bay Jow Lowry.

Rekor yüksek lityum fiyatlarına rağmen, nikel, kobalt ve alüminyum gibi diğer birçok pil malzemesi de bu yılın ilk çeyreğinde tarihi bir fiyat artışı dalgasıyla karşılaştı ve bu da pil maliyetinin sürekli artmasına ve 20'den fazla OEM'in elektrikli araçlarını duyurmasına neden oldu. Mart 2022'de fiyat artışı.

Peki lityum pil nereye gidiyor? Bazı uzmanlar, lityum pillerin orta ve üst düzey elektrikli araçlara, tüketici elektroniğine, elektrikli deniz araçlarına ve hava araçlarına vb. gideceğini söylüyor.

EV ve enerji depolamanın giriş seviyesi ne olacak? Sodyum kimya pilleri onlar için başka bir seçenek olacak mı? Ekonomik ve çevre dostu olduğuna inanılan sodyum piller için yeryüzünde bol miktarda sodyum ve diğer kaynaklar bulunmaktadır. Yüksek düzeyde ölçeklenebilir başka pil çözümleri var mı? Bekleyelim ve bundan sonra hangi araştırma buluşlarının geleceğini görelim.

Hücre Kimyası Yarışı: Lityum vs Sodyum Sistemleri

2021-12-08 | Jerry Huang

Oda sıcaklığındaki lityum-kükürt (Li/S ₈ ) ve lityum-oksijen (Li/O ₂ ) pillere yönelik araştırmalar son on yılda önemli ölçüde arttı. Bu tür hücre sistemlerini geliştirme yarışı, temel olarak çok yüksek teorik enerji yoğunluğu ve kükürt ve oksijen bolluğu tarafından motive edilir. Bununla birlikte, hücre kimyası karmaşıktır ve pratik cihaz geliştirmeye yönelik ilerleme, şu anda çok sayıda yaklaşımla ele alınan bazı temel kilit sorunlar tarafından engellenmeye devam etmektedir.

_{Halihazırda ticarileştirilmiş, yüksek sıcaklıklı Na/S 8} ve Na/NiCl ₂ piller, sodyum bazlı yeniden şarj edilebilir bir pilin büyük ölçekte uygulanabilir olduğunu öne sürmesine rağmen, oldukça şaşırtıcı bir şekilde, benzer sodyum bazlı pil sistemleri hakkında pek bir şey bilinmiyor. Ayrıca, sodyumun doğal bolluğu, düşük maliyetli bileşenlere dayalı pillerin geliştirilmesi için çekici bir faydadır.

Bu derleme, lityum-kükürt ve lityum-oksijen piller hakkındaki en son bilgilerin bir özetini ve benzer sodyum sistemleriyle doğrudan bir karşılaştırmayı sağlar. Genel özellikler, başlıca faydalar ve zorluklar, performans iyileştirmeleri için son stratejiler ve daha fazla gelişme için genel yönergeler özetlenir ve eleştirel olarak tartışılır. Genel olarak, sodyumun lityumun ikamesi, hücre reaksiyonunun genel özellikleri üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir ve iyon taşınımı, faz stabilitesi, elektrot potansiyeli, enerji yoğunluğu, vb.'deki farklılıklar bu nedenle beklenebilir.

Bu farklılıkların daha tersine çevrilebilir bir hücre kimyasına fayda sağlayıp sağlayamayacağı hala açık bir sorudur, ancak oda sıcaklığındaki Na/S ₈ ve Na/O _{2 hücreleri hakkındaki ilk raporlardan bazıları, halihazırda kurulmuş Li/S 8} ve Na/O 2 hücreleri ile karşılaştırıldığında bazı heyecan verici farklılıklar göstermektedir. Li/O ₂ sistemleri.

Yeniden şarj edilebilir lityum iyon piller (LIB'ler), 1990'ların başında ticarileşmelerinden bu yana tüm mobil uygulamalar için hızla en önemli enerji depolama biçimi haline geldi. Bunun temel nedeni, metal-hidrit veya kurşun-asit gibi diğer şarj edilebilir pil sistemlerini kolayca geride bırakan rakipsiz enerji yoğunluklarıdır. Bununla birlikte, elektriği daha güvenli, daha kompakt ve daha uygun fiyata depolamak için süregelen ihtiyaç, sürekli araştırma ve geliştirmeyi gerektirmektedir.

Ucuz sabit enerji depolama ihtiyacı, alternatif piller üzerine araştırmaları tetikleyen ek bir zorluk haline geldi. Büyük çabalar, örneğin daha verimli paketleme, işleme, daha iyi elektrolitler ve optimize edilmiş elektrot malzemeleri ile farklı Li-ion teknolojilerinin sürekli iyileştirilmesine yöneliktir. Son yıllarda güç yoğunluğu açısından önemli ilerlemeler kaydedilmesine rağmen, enerji yoğunluğundaki artış (hacimsel ve gravimetrik olarak) nispeten küçüktü. Farklı pil teknolojilerinin enerji yoğunluklarına göre bir karşılaştırması Şekil 1'de gösterilmektedir.

Şekil 1: Farklı şarj edilebilir pillerin teorik ve (tahmini) pratik enerji yoğunlukları: Pb–asit – kurşun asit, NiMH – nikel metal hidrit, Na-ion – biraz daha düşük hücre voltajı varsayılarak Li-ion için verilerden elde edilen tahmin, Li- iyon – farklı tiplerde ortalama, HT-Na/S ₈ – yüksek sıcaklıklı sodyum-kükürt pil, Li/S ₈ ve Na/S _{8 – deşarj ürünleri olarak Li 2} S ve Na2S olduğu varsayılarak lityum–kükürt ve sodyum–kükürt pil, Li /O ₂ ve Na/O ₂ – lityum-oksijen pil (teorik değerler oksijenin ağırlığını içerir ve varsayılan deşarj ürününün, yani oksit, peroksit veya süperoksitin stokiyometrisine bağlıdır). Pratik enerji yoğunlukları değerlerinin pil tasarımına (boyut, yüksek güç, yüksek enerji, tek hücre veya pil) ve geliştirme durumuna bağlı olarak büyük ölçüde değişebileceğini unutmayın. Pratik enerji yoğunlukları için tüm değerler hücre seviyesine atıfta bulunur (Pb–asit, 12 V hariç). Li/S ₈ ve Li/O ₂ pillerin değerleri literatürden alınmıştır (ana metinde belirtilmiştir) ve Na/S ₈ ve Na/O ₂ hücrelerinin enerji yoğunluklarını tahmin etmek için kullanılır. Yukarıdaki teknolojilerden bugüne kadar yalnızca kurşun asit, NiMH, Li-ion ve yüksek sıcaklık Na/S ₈ teknolojileri ticarileştirilmiştir.

Referanslar:

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

Li-ion Pil Elektrolit Katkı Maddesi Olarak Lityum Tetrafloroborat (LiBF4)

2021-12-05 | Jerry Huang

_{LiNi 0.5} Co _0.2 Mn _0.3 O ₂ / grafit hücrenin (NMC532) daha yüksek çalışma voltajında döngü performansını iyileştirmek için elektrolit katkı maddesi olarak kullanılan lityum tetrafloroborat (LiBF _{4) incelenmiştir.}

Elektrolite ağırlıkça %1,0 LiBF4 eklenmesiyle, lityum iyon pilin 100 döngüden sonra kapasite tutma kapasitesi 3,0 V–4,5 V voltajda %29,2'den %90,1'e büyük ölçüde iyileştirildi. voltaj çalışması, hücre performansını içeren özellikler, empedans davranışı ve ayrıca elektrot arayüz özelliklerinin özellikleri incelenir.

LiBF4'ün her iki elektrotta da arayüz filmi oluşumuna katılmasının muhtemel olduğu bulunmuştur. Hücrenin gelişmiş performanslar grafit anod ile ara yüz katmanı bileşenlerinin modifikasyonu kullanılanlar ve ara yüzey empedansını düşürmek için lider lini _0.5 Co _0.2 Mn _0.3 O ₂ katot.

Kaynak: Zuo, Xiaoxi & Fan, Chengjie & Liu, Jiansheng & Xiao, Xin & Wu, Junhua & Nan, Junmin. (2013). Lityum İyon Pilin Yüksek Voltaj Performansını Artırmak için Elektrolit Katkı Maddesi Olarak Lityum Tetrafloroborat. Elektrokimya Derneği Dergisi. 160. A1199-A1204. 10.1149/2.066308je. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/2.066308jes

Li-iyon elektrolit katkı maddeleri olarak lityum diflorofosfat vs sodyum diflorofosfat

2021-11-24 | Jerry Huang

Lityum diflorofosfat (LiDFP, LFO), kendi kendine deşarjı azaltmanın yanı sıra, li-ion pilin çevrim ömrünü ve deşarj kapasitesini yüksek sıcaklıkta tutma performansını artırmak için bir elektrolit katkı maddesi olarak büyük ölçüde yararlıdır. Sodyum diflorofosfat, NMC532 pil hücresinde benzer performansa sahipken? 2020 yılında Journal of The Electrochemical Society'de yayınlanan bir makaleye göz atalım.

Sonuç: Üç yeni diflorofosfat tuzu elektrolit katkı maddesi sentezlendi ve NMC532/grafit torba hücrelerinde değerlendirildi. Amonyum diflorofosfat (AFO), amonyum florür ve fosfor pentoksitin katı hal, tezgah üstü reaksiyonu yoluyla kolayca hazırlanır ve başlatmak için yalnızca hafif ısıtma gerekir. Bu çalışmada en iyi sodyum diflorofosfat (NaFO) verimi, diflorofosforik asit ve sodyum karbonatın 1,2-diemetoksietan içinde, çok güçlü bir kurutma maddesi olan 3 A moleküler elekler üzerinde reaksiyona sokulmasıyla elde edilmiştir. Tetrametilamonyum diflorofosfat (MAFO), tetrametilamonyum klorür ile katyon değişimi yoluyla NaFO'dan hazırlandı.

NaFO'nun çok iyi bir elektrolit katkı maddesi olduğu ve NMC532/gr hücrelerde daha iyi bilinen lityum diflorofosfat (LFO) katkı maddesiyle benzer performans gösterdiği rapor edilmiştir, her biri 40 °C'de 1.500'den fazla döngüden sonra ~%90 deşarj kapasitesi muhafazası gösterir. 3,0-4,3 V arasındaki döngü sırasındaki uzun vadeli stabilite, Harlow ve diğerleri tarafından bildirilen ve 1500 döngüden sonra ∼%94 kapasite muhafazasına sahip olan %2VC %1DTD kıyaslama hücreleri ile olumlu şekilde karşılaştırılır, ancak yine de bundan daha azdır. Her iki katkı maddesinin de faydalı doğası, diflorofosfat anyonuna atfedilebilir. Buna karşılık, AFO ve MAFO'nun zayıf elektrolit katkı maddeleri olduğu bulunmuştur. Bunun, birincisi için lityum nitrür oluşumundan kaynaklandığı ileri sürülmektedir. Tetrametilamonyum katyonlarının hücre stabilitesi üzerinde neden olumsuz bir etkisi olduğu bilinmemektedir.

Referanslar:

1. Lithium-Ion Piller için Diflorofosfat Tuz Elektrolit Katkılarının Sentezi ve Değerlendirilmesi, Journal of The Electrochemical Society, 2020 167 100538, David S. Hall, Toren Hynes, Connor P. Aiken ve JR Dahn

Li-ion Pil Elektrolitlerinde LiFSI ve LiPF6

2021-11-11 | Jerry Huang

LiFSI, Li-ion pil elektrolitlerinde LiPF6'nın yerini alacak mı? Araştırmacılar tarafından Journal of the American Chemical Society'de yayınlanan bir makaleye göre, elektrolit olarak lityum heksaflorofosfat (LiPF6) yerine yeni tuz lityum bis(florosülfonil)imid (LiFSI) kullanmak, silikon anotlu Li-ion pillerin performansını artırıyor. Avrupa'da.

Yaygın olarak LiFSI olarak adlandırılan lityum bis(florosülfonil)imid, F2LiNO4S2 moleküler formülüne ve CAS numarası 171611-11-3'e sahiptir. LiFSI, 187.07 moleküler ağırlığa ve 124-128°C (255-262.4°F) arasında bir erime noktasına sahip beyaz bir toz gibi görünmektedir.

LiPF6 ile karşılaştırıldığında, LiFSI sadece li-ion pil teknolojisinde termal kararlılığı artırmakla kalmaz, aynı zamanda elektriksel iletkenlik, çevrim ömrü ve düşük sıcaklık açısından daha iyi performans sağlar. Bununla birlikte, LiFSI'nin alüminyum folyo üzerinde belirli aşındırıcı etkileri olabilir. Bazı akademik makaleler, alüminyum folyo korozyonunun esas olarak LiFSI'deki FSI iyonlarından geldiğini göstermektedir, ancak bu sorun, flor içeren pasivasyon alüminyum folyo katkı maddeleri gibi katkı maddeleri ile çözülebilir.

Eğilim, LiFSI'nin yeni nesil elektrolitler için ana lityum tuzlarından biri haline gelmesinden oldukça emin. Şu anda, üçlü lityum piller ve LFP piller, enerji yoğunluğu, yüksek ve düşük sıcaklık performansları, çevrim ömrü ve şarj ve deşarj oranı performansları için daha yüksek gereksinimleri olan nesilden nesile sürekli olarak geliştirilmekte ve yinelenmektedir.

Seri üretimdeki yüksek teknik zorluk ve yüksek maliyet nedeniyle, LiFSI doğrudan çözünen bir lityum tuzu olarak değil, özellikle güç li-iyon pillerin elektrolitlerinde kullanım için lityum heksaflorofosfat (LiPF6) ile karıştırılmış bir katkı maddesi olarak kullanılmıştır. Örneğin, LG Chem bir süredir elektrolitlerinde katkı maddesi olarak LiFSI kullanıyor. Teknoloji geliştikçe, elektrolitlere giderek daha fazla LiFSI eklenecektir. Seri üretimin artmasıyla birlikte LiFSI'nin maliyetinin daha da düşeceğine inanılıyor. Ve zaman geçtikçe, LiFSI, güç li-ion pil elektrolitleri için ana lityum tuzu olarak LiPF6'nın yerini alma potansiyeline sahiptir.

Kaynaklar:

• https://www.greencarcongress.com/2013/06/lifsi-20130626.html