Một công nghệ xanh và chi phí thấp khác được tiết lộ để tái chế catốt LIB

2025-11-25 | Jerry Huang

Ghi chú của biên tập viên: Sự phát triển nhanh chóng của thiết bị điện tử tiêu dùng, xe điện (EV) và hệ thống lưu trữ năng lượng lưới điện đã dẫn đến nhu cầu pin lithium-ion (LIB) rất lớn. Tuy nhiên, với tuổi thọ chỉ 6-8 năm, hơn 11 triệu tấn pin dự kiến sẽ hết hạn vào năm 2030, gây ra áp lực tài nguyên chưa từng có, rủi ro môi trường và thách thức kinh tế. Hiện nay, vật liệu catốt tái chế (đặc biệt là oxit kim loại phân lớp (LMO), chứa các nguyên tố có giá trị cao như Li, Co, Ni và Mn, đang là trọng tâm của những nỗ lực tái chế này.

Sau đây là một phương pháp tiếp cận khác được nhóm Quanquan Pang tại PKU phối hợp với nhóm Jiashen Meng tại WUT trình bày về việc tái chế catốt LIB đã qua sử dụng, đặc biệt là LMO. Xin chân thành cảm ơn tất cả các nhà nghiên cứu.

Đáng chú ý là phương pháp LTMS-ECR này xử lý trực tiếp các catốt đã qua sử dụng vẫn còn gắn vào bộ thu dòng điện bằng nhôm, mà không cần bước nghiền điện cực thành "bột đen" và đơn giản hóa đáng kể các bước xử lý trước.

Công nghệ LTMS-ECR được cho là có tiềm năng đạt lợi nhuận cao là 1,86 đô la/kg trong việc tái chế pin đã qua sử dụng do sử dụng chất điện phân muối nóng chảy có thể tái sử dụng giá rẻ và Li2O, cùng với các sản phẩm phụ có giá trị cao là Co3O4 và LiCl, cho thấy sự cải thiện gần gấp mười lần so với các công nghệ luyện kim nhiệt và luyện kim thủy luyện.

Các phân tích về tác động kỹ thuật, kinh tế và môi trường cho thấy LTMS-ECR thể hiện tính khả thi kinh tế và tính bền vững carbon đáng kể. Hiệu suất thu hồi cao, mức tiêu thụ năng lượng thấp và thân thiện với môi trường của nó mở ra một hướng đi hóa học mang tính cách mạng cho việc tái chế vật liệu catốt.

Tóm tắt

Tái chế điện hóa (ECR) mang đến một chiến lược đầy hứa hẹn, khai thác năng lượng tái tạo để phân hủy oxit kim loại phân lớp (LMO) đã qua sử dụng. Tuy nhiên, các phương pháp ECR hiện tại chỉ giới hạn ở nhiệt độ vận hành cao (lên đến 750 °C) sử dụng kiềm cacbonat hoặc clorua nóng chảy làm chất điện phân, dẫn đến tiêu thụ năng lượng cao cho nhiệt đầu vào. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đề xuất một chất điện phân nóng chảy kiềm cloraluminat có nhiệt độ nóng chảy thấp bao gồm AlCl3–LiCl, cho phép điện phân ECR ở nhiệt độ thấp tới 150 °C. Do độ hòa tan cao của chất mang điện O2− trong dung dịch kiềm cloraluminat nóng chảy, catốt LMO trải qua quá trình phân hủy khử điện hóa để tạo ra kim loại chuyển tiếp nguyên tố và liti clorua (LiCl). Điều quan trọng là hai sản phẩm không hòa tan trong dung dịch nóng chảy bổ sung Li2O và có thể được tách ra bằng phương pháp xử lý ngâm chiết nước dễ dàng. Đáng chú ý, bằng cách kết hợp anot trơ TiN, khí thải CO2 trong quá trình điện phân được loại bỏ bằng cách tạo ra O2, góp phần hơn nữa vào tính trung hòa carbon. Với phương pháp điện phân muối nóng chảy nhiệt độ thấp (LTMS-ECR), tỷ lệ thu hồi coban cao đạt 97,3% cho LiCoO2. Các phân tích kinh tế kỹ thuật dự đoán rằng công nghệ LTMS-ECR giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng và lượng khí thải CO2 khoảng 20% và mang lại lợi nhuận cao hơn gần mười lần so với các phương pháp thông thường. Phương pháp này đại diện cho một giải pháp thay thế mang tính cách mạng cho việc tái chế pin LIB đã qua sử dụng hiệu quả về mặt năng lượng, bền vững và khả thi về mặt kinh tế.

Tài liệu tham khảo

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

Điều gì đang xảy ra trên thị trường lithium, đặc biệt là LiPF6?

2025-10-31 | Jerry Huang

Trong bốn tháng qua, nhiều loại muối lithium bao gồm các loại muối nền như lithium cacbonat và lithium hydroxit đã có mức tăng giá thị trường rõ rệt, cũng như LiPF6 và LiFSI, dựa trên tình hình cung và cầu.

Nhu cầu lưu trữ năng lượng muối lithium từ thị trường nội địa đã tăng nhanh trong nửa cuối năm, cùng với nhu cầu pin lithium ngày càng tăng từ thị trường xe điện trong giai đoạn bùng nổ thường lệ vào tháng 9 và tháng 10, khiến nhu cầu về lithium từ các nhà sản xuất pin cũng tăng mạnh, gần như đạt công suất tối đa. Đáng ngạc nhiên là nhu cầu từ thị trường nước ngoài cũng tiếp tục tăng. Nhu cầu mạnh mẽ từ thị trường này là động lực hỗ trợ cho việc tăng giá muối lithium. Do LiPF6 vẫn là muối điện phân chính tại thị trường Trung Quốc, giá của nó đã liên tục tăng nhanh, vượt qua giá LiFSI vào tháng 10 năm 2025. Chúng ta đã chứng kiến tình trạng tương tự nhiều lần trong lịch sử.

Mặt khác, cạnh tranh về giá trong vài năm qua đã dẫn đến việc nhiều nhà sản xuất muối lithium vừa và nhỏ phải tạm dừng sản xuất; một số nhà sản xuất hàng đầu cũng đã ngừng một phần công suất sản xuất, việc khởi động lại sẽ mất hai hoặc ba tháng. Nhiều nhà máy và công suất mới được quy hoạch đã không diễn ra suôn sẻ như mong đợi. Nguồn cung muối lithium trên thị trường đã tạm thời bị thắt chặt sau một thời gian dư thừa công suất trong vài năm.

Do giá của các loại muối lithium nền tảng như lithium cacbonat và lithium hydroxit liên tục tăng trong bốn tháng qua, chi phí của LiPF6 và LiFSI cũng tăng theo.

Cho đến nay, LiPF6 vẫn là muối lithium chính cho sản xuất chất điện phân tại thị trường nội địa Trung Quốc, khiến nhu cầu về loại muối này hiện tại cao hơn các loại muối khác. Liệu sự mất cân bằng cung cầu sẽ tiếp tục gia tăng hay sẽ tiến gần đến trạng thái cân bằng trong tương lai gần? Hãy cùng chờ xem.

Poworks cung cấp lithium carbonate chất lượng cao, loại dùng cho pin, lithium hydroxide, LiPF6 và LiFSI, độ tinh khiết kỹ thuật hoặc cao, chất lượng cao với tốc độ tối đa. Hãy thoải mái kết nối.

Vật liệu halogen có mật độ năng lượng cao và tuổi thọ dài giá rẻ được tiết lộ

2025-09-09 | Jerry Huang

Ghi chú của biên tập viên: Trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng, pin thể rắn hoàn toàn được coi là giải pháp tốt nhất cho công nghệ lưu trữ năng lượng thế hệ tiếp theo, tuy nhiên, sự phát triển của chúng từ lâu đã bị hạn chế bởi những nút thắt quan trọng trong vật liệu điện cực. Pin thể rắn hoàn toàn (ASSB) truyền thống thường có điện cực được cấu tạo từ vật liệu hoạt tính, chất điện phân rắn và phụ gia dẫn điện. Tuy nhiên, các thành phần không hoạt tính này (chiếm 40–50% thể tích điện cực) không chỉ làm giảm mật độ năng lượng mà còn gây ra các phản ứng phụ giao diện và làm tăng độ quanh co trong quá trình vận chuyển lithium-ion. Mặc dù thiết kế "Tất cả trong một" (vật liệu thể hiện độ dẫn điện và hoạt tính điện hóa cao) có thể giải quyết những vấn đề này, nhưng các vật liệu hiện có như oxit (dung lượng thấp) và sunfua (chi phí cao) lại khó đáp ứng các yêu cầu của thị trường trong tương lai. Halogen có lợi thế về chi phí thấp và độ dẫn ion cao, nhưng lại không đủ độ dẫn điện tử và mật độ năng lượng. Do đó, việc phát triển các vật liệu tất cả trong một kết hợp hiệu suất điện hóa cao, khả năng mở rộng chi phí thấp với độ ổn định cơ học đã trở thành một thách thức quan trọng.

Đây là một ví dụ tuyệt vời. Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Western Ontario ở Canada đã đưa ra một câu trả lời mang tính cách mạng trong nghiên cứu Nature của họ—họ đã thiết kế vật liệu halide đầu tiên trên thế giới, Li₁.₃Fe₁.₂Cl₄, với khả năng tự phục hồi động và tích hợp ba trong một (cực âm/chất điện phân/chất dẫn điện). Thông qua các phản ứng oxy hóa khử Fe²⁺/Fe³⁺ thuận nghịch và cơ chế chuyển đổi từ giòn sang dẻo độc đáo, vật liệu này vẫn giữ được 90% công suất sau 3.000 chu kỳ, đạt được mật độ năng lượng điện cực là 529,3 Wh kg⁻¹ (có thể mở rộng lên 725,6 Wh kg⁻¹ với thiết kế composite). Đáng chú ý hơn, chi phí của nó chỉ bằng 26% so với điện cực thông thường. Bức xạ synchrotron cùng với mô phỏng nguyên tử đã lần đầu tiên tiết lộ cơ chế tự phục hồi do di chuyển sắt! Công trình này không chỉ giải phóng vật liệu lõi cho pin thể rắn hoàn toàn mà còn cung cấp một ví dụ điển hình cho thiết kế tất cả trong một tích hợp vật liệu, cơ học và điện hóa. Nhờ nỗ lực to lớn của tất cả các nhà nghiên cứu.

Tóm tắt

Pin thể rắn hoàn toàn đòi hỏi thiết kế catốt tiên tiến để hiện thực hóa tiềm năng về mật độ năng lượng cao và tính khả thi về mặt kinh tế. Catốt tích hợp tất cả trong một, loại bỏ các chất phụ gia dẫn điện không hoạt động và giao diện không đồng nhất, hứa hẹn mang lại năng lượng và độ ổn định đáng kể nhưng bị cản trở bởi các vật liệu thiếu độ dẫn điện Li+/e−, độ bền cơ học và độ ổn định về cấu trúc. Ở đây, chúng tôi giới thiệu Li1.3Fe1.2Cl4, một vật liệu halide tiết kiệm chi phí có thể khắc phục những thách thức này. Tận dụng quá trình oxy hóa khử Fe2+/Fe3+ thuận nghịch và vận chuyển Li+/e− nhanh trong khuôn khổ của nó, Li1.3Fe1.2Cl4 đạt được mật độ năng lượng điện cực là 529,3 Wh kg−1 so với Li+/Li. Quan trọng là Li1.3Fe1.2Cl4 thể hiện các đặc tính động học độc đáo trong quá trình tuần hoàn, bao gồm quá trình di chuyển Fe cục bộ thuận nghịch và quá trình chuyển đổi từ giòn sang dẻo mang lại hành vi tự phục hồi. Điều này cho phép đạt được độ ổn định chu kỳ vượt trội, duy trì khả năng lưu giữ 90% dung lượng trong 3.000 chu kỳ ở tốc độ 5°C. Việc tích hợp Li1.3Fe1.2Cl4 với oxit phân lớp giàu niken giúp tăng thêm mật độ năng lượng lên 725,6 Wh kg−1. Bằng cách khai thác các đặc tính cơ học động và khuếch tán ưu việt của halogenua tất cả trong một, nghiên cứu này thiết lập halogenua tất cả trong một như một hướng đi cho các catốt bền bỉ, giàu năng lượng trong pin thể rắn thế hệ tiếp theo.

Tài liệu tham khảo

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

Pin Lithium Polymer sẽ chiến thắng trong cuộc đua pin thể rắn?

2025-09-08 | Jerry Huang

Lưu ý của biên tập viên: Có bốn loại chất điện phân cho pin lithium thể rắn: polymer, oxit, sunfua và halide, mỗi loại có những đặc điểm riêng biệt:

Chất điện phân Polymer Lithium

Sử dụng vật liệu polymer làm chất điện phân, chúng vừa linh hoạt vừa có độ dẫn ion cao, phù hợp làm giải pháp chuyển tiếp cho pin bán rắn. Chúng thể hiện khả năng gia công tốt, mặc dù độ ổn định chu kỳ dài hạn vẫn cần được kiểm chứng.

Chất điện phân oxit lithium

Dựa trên các vật liệu như lithium oxide, các chất điện phân này có chi phí thấp hơn và độ ổn định tốt nhưng lại có độ dẫn ion tương đối thấp.

Chất điện phân Liti Sulfide

Tập trung vào các hợp chất lithium sulfide, các chất điện phân này có độ dẫn điện cao ở nhiệt độ phòng và khả năng tương thích giao diện tuyệt vời, định vị chúng là công nghệ hứa hẹn nhất về mặt thương mại. Tuy nhiên, vật liệu sulfide có độ ổn định hóa học kém và chi phí sản xuất cao.

Chất điện phân Lithium Halide

Chất điện phân thể rắn halide có độ dẫn điện và khả năng chống oxy hóa cao, nhưng vẫn ở cấp độ phòng thí nghiệm với triển vọng thương mại hóa chưa rõ ràng.

Các tính năng chung

Pin thể rắn hoàn toàn thay thế chất điện phân lỏng truyền thống bằng vật liệu bột vô cơ, cải thiện đáng kể độ an toàn và mật độ năng lượng. Tuy nhiên, các tuyến kỹ thuật khác nhau có sự khác biệt đáng kể về chi phí và độ hoàn thiện quy trình. Ví dụ, mặc dù tuyến sulfide có độ dẫn điện cao nhưng lại kém ổn định hóa học, trong khi tuyến polymer gặp phải những thách thức về hiệu suất vòng đời. Một số chuyên gia cho rằng việc sản xuất pin ASS thương mại quy mô lớn cuối cùng sẽ dựa vào các giải pháp từ ngành công nghiệp bán dẫn, bao gồm lắng đọng màng mỏng, kiểm tra độ chính xác ở cấp độ dây chuyền sản xuất và hệ thống chân không, cũng như các giải pháp khác như cấu trúc màng mỏng và micro-nano. Người ta tin rằng quá trình này sẽ mất từ bảy đến mười năm.

Công nghệ pin thể rắn hiện đang trải qua một quá trình chuyển đổi quan trọng từ nguyên mẫu phòng thí nghiệm sang công nghiệp hóa, với kỳ vọng mạnh mẽ vào việc đại tu hệ thống đánh giá. Giai đoạn phòng thí nghiệm chủ yếu tập trung vào các chỉ số hiệu suất điện hóa (như mật độ năng lượng, tuổi thọ chu kỳ và khả năng lưu trữ), trong khi công nghệ pin thể rắn quy mô công nghiệp đòi hỏi phải thiết lập các tiêu chí đánh giá đa chiều:

1. Đánh giá mở rộng: Các ứng dụng công nghiệp phải bao gồm các yếu tố hệ thống bao gồm: khả năng mở rộng (bao gồm khả năng tương thích quy trình, kiểm soát năng suất, v.v.), mức độ trưởng thành của chuỗi cung ứng (bao gồm tính ổn định của nguyên liệu thô quan trọng, khả năng hỗ trợ thiết bị chuyên dụng, v.v.) và tổng chi phí vòng đời (bao gồm mua sắm nguyên liệu thô, sản xuất, tái chế, v.v.);

2. Tối ưu hóa công nghệ-chi phí: Công nghiệp hóa đòi hỏi sự cân bằng tối ưu giữa dữ liệu kỹ thuật và chi phí, bao gồm sự cân bằng động giữa hiệu suất điện hóa và chi phí sản xuất; tác động của việc lựa chọn hệ thống vật liệu và khả năng phục hồi chuỗi cung ứng; và sự cân bằng giữa độ phức tạp và khả năng mở rộng của quy trình sản xuất;

3. Đánh giá có hệ thống: Tuân thủ các yêu cầu chính bao gồm tính nhất quán trong sản xuất hàng loạt (tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng 6σ), chứng nhận an toàn (ví dụ: tuân thủ UL 9540A và các tiêu chuẩn quốc tế khác) và thiết kế công suất sản xuất một dây chuyền ≥2GWh, v.v.

Giáo sư Guo có quan điểm khác về chiến thắng của polymer lithium trong cuộc đua pin thể rắn so với chất điện phân lithium sulfide. Chúng ta hãy cùng xem xét nghiên cứu của nhóm Xin Guo. Xin chân thành cảm ơn những nỗ lực tuyệt vời của tất cả các nhà nghiên cứu.

Tóm tắt

Pin thể rắn (SSB) hứa hẹn sẽ cách mạng hóa việc lưu trữ năng lượng bằng cách mang lại độ an toàn cao hơn, mật độ năng lượng cao hơn và tuổi thọ chu kỳ được cải thiện so với pin lithium-ion thông thường. Trong số các chất điện phân rắn khác nhau, polyme nổi bật nhờ sự kết hợp độc đáo giữa khả năng gia công, tính tuân thủ cơ học và tính linh hoạt về mặt hóa học. Bài đánh giá này khám phá lý do tại sao polyme đang dẫn đầu cuộc đua hướng tới pin SSB thương mại. Những lợi thế nội tại của chúng—chẳng hạn như tiếp xúc giao diện vượt trội với điện cực, độ dẫn ion có thể điều chỉnh và khả năng tương thích với các phương pháp sản xuất có thể mở rộng—cũng như những thách thức kỹ thuật chính mà chúng phải đối mặt, bao gồm độ ổn định nhiệt hạn chế, cửa sổ điện hóa hẹp và sự suy giảm giao diện—sẽ được xem xét. Nghiên cứu này nêu bật các giải pháp mới nổi từ các nghiên cứu gần đây, bao gồm thiết kế phân tử polyme, vật liệu composite polyme-gốm và các chiến lược trùng hợp tại chỗ. Trái ngược với các hệ thống oxit và sunfua, vốn gặp phải những rào cản đáng kể về chi phí, khả năng sản xuất và tích hợp, chất điện phân gốc polyme mang đến một con đường thực tế và khả thi về mặt kinh tế để triển khai trên quy mô lớn. Với những tiến bộ không ngừng trong thiết kế vật liệu và chế biến công nghiệp, polyme không chỉ có tính cạnh tranh mà còn dẫn đầu quá trình chuyển đổi sang pin thể rắn thế hệ tiếp theo.

Tài liệu tham khảo

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

Tin tức mới nhất: Anode silicon hợp kim Boron tăng gấp ba tuổi thọ của pin Lithium-Ion

2025-06-29 |

Tóm tắt

Ổn định pha điện phân rắn (SEI) vẫn là một thách thức quan trọng đối với anot pin lithium-ion gốc silicon. Hợp kim silicon với các nguyên tố thứ cấp như bo đã nổi lên như một chiến lược đầy hứa hẹn để cải thiện tuổi thọ chu kỳ của anot silicon, nhưng cơ chế cơ bản vẫn chưa rõ ràng. Để giải quyết khoảng cách kiến thức này, cách nồng độ bo ảnh hưởng đến hiệu suất pin được nghiên cứu một cách có hệ thống. Những kết quả này cho thấy sự gia tăng gần như đơn điệu trong tuổi thọ chu kỳ với hàm lượng bo cao hơn, với các điện cực giàu bo hoạt động tốt hơn đáng kể so với silicon nguyên chất. Ngoài ra, anot hợp kim silicon-bo có tuổi thọ theo lịch dài hơn gần ba lần so với silicon nguyên chất. Thông qua phân tích cơ học chi tiết, các yếu tố góp phần thay thế được loại trừ một cách có hệ thống và người ta đề xuất rằng quá trình thụ động hóa được cải thiện phát sinh từ một lưỡng cực vĩnh cửu mạnh ở bề mặt hạt nano. Lưỡng cực này, được hình thành bởi bo có tính axit Lewis cao và thiếu phối hợp, tạo ra một lớp tĩnh, dày đặc ion giúp ổn định giao diện điện hóa, làm giảm sự phân hủy chất điện phân ký sinh và tăng cường độ ổn định lâu dài. Những phát hiện này cho thấy, trong khuôn khổ SEI, lớp kép điện là một cân nhắc quan trọng trong quá trình thụ động hóa bề mặt. Thông tin chi tiết này cung cấp một không gian tham số chưa được khám phá để tối ưu hóa cực dương silicon trong pin lithium-ion thế hệ tiếp theo.

Thẩm quyền giải quyết

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

LiTFSI tạo nên sự khác biệt như thế nào trong pin natri-kim loại?

2025-06-29 |

Ghi chú của biên tập viên: Pin natri-kim loại rất quan trọng đối với việc lưu trữ năng lượng quy mô lớn và các thiết bị điện tử di động như một thiết bị lưu trữ năng lượng với mật độ năng lượng cao và chi phí thấp. Tuy nhiên, hiệu suất của chất điện phân và SEI hạn chế tuổi thọ chu kỳ và tốc độ sạc/xả của pin natri-kim loại. LiTFSI tạo ra sự khác biệt như thế nào trong pin natri-kim loại? Sau đây là một ví dụ. Cảm ơn nghiên cứu đặc biệt của nhóm Shuang Wan.

Tóm tắt

Xây dựng một pha điện phân rắn (SEI) giàu vô cơ và mạnh mẽ là một trong những phương pháp tiếp cận quan trọng để cải thiện hiệu suất điện hóa của pin kim loại natri (SMB). Tuy nhiên, độ dẫn điện thấp và sự phân bố của các chất vô cơ phổ biến trong SEI làm nhiễu sự khuếch tán Na+ và gây ra sự lắng đọng natri không đồng đều. Ở đây, chúng tôi xây dựng một SEI độc đáo với các chất vô cơ có độ dẫn điện cao được phân tán đều bằng cách đưa LiTFSI tự hy sinh vào chất điện phân cacbonat gốc muối natri. Hiệu ứng cạnh tranh khử giữa LiTFSI và FEC tạo điều kiện cho sự hình thành SEI với các chất vô cơ được phân tán đều. Trong đó Li3N và các chất vô cơ có độ dẫn điện cao cung cấp các miền vận chuyển ion nhanh và các vị trí tạo hạt thông lượng cao cho Na+, do đó có lợi cho sự lắng đọng natri nhanh chóng ở tốc độ cao. Do đó, SEI có nguồn gốc từ LiTFSI và FEC cho phép pin Na∥Na3V2(PO4)3 thể hiện khả năng duy trì dung lượng 89,15% (87,62 mA hg–1) ở tốc độ cực cao là 60 C sau 10.000 chu kỳ, trong khi pin không có LiTFSI chỉ cung cấp khả năng duy trì dung lượng 48,44% ngay cả sau 8000 chu kỳ. Hơn nữa, pin túi Na∥Na3V2(PO4)3 với SEI đặc biệt thể hiện khả năng duy trì dung lượng ổn định là 92,05% ở 10 C sau 2000 chu kỳ. Thiết kế SEI độc đáo này làm sáng tỏ một chiến lược mới để thúc đẩy các SMB hoạt động trong điều kiện tốc độ cực cao.

Bản quyền © 2023 Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ

Thẩm quyền giải quyết

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

LiTFSI cung cấp sự hỗ trợ tuyệt vời cho hiệu suất cao của pin lithium thể rắn hoàn toàn dựa trên sunfua

2025-06-27 |

Ghi chú của biên tập viên: LiTFSI, CAS: 90076-65-6, giúp ích như thế nào trong việc phát triển pin lithium rắn hoàn toàn dựa trên sulfide? Đây là một ví dụ. Cảm ơn nghiên cứu phi thường của nhóm Fangyang Liu.

Tóm tắt

Cửa sổ điện hóa hẹp của chất điện phân sunfua có thể dẫn đến các cơ chế hỏng hóc khác nhau tại các giao diện của phía catốt và anot. Việc đưa ra các chiến lược sửa đổi riêng biệt cho phía catốt và anot làm tăng tính phức tạp của quy trình chế tạo pin lithium thể rắn hoàn toàn dựa trên sunfua (ASSLB). Trong công trình này, một chiến lược sửa đổi tích hợp đã được sử dụng bằng cách đưa các lớp lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) vào trong quá trình tinh chế ướt của Li6PS5Cl (LPSC), quá trình này đã xây dựng thành công tại chỗ các giao diện flo hóa mạnh mẽ trên cả phía catốt và anot cùng một lúc. Về phía anot lithium, độ dẫn điện tử giảm của LiTFSI@LPSC và việc tạo ra giao diện flo hóa đã ngăn chặn hiệu quả sự phát triển của dendrite lithium, điều này đã được xác nhận thêm bằng các tính toán của Lý thuyết hàm mật độ (DFT). Kết quả là, pin Li|LiTFSI@LPSC|Li đạt được mật độ dòng điện tới hạn lên đến 1,6 mA cm−2 và hiệu suất chu kỳ ổn định trong hơn 1500 giờ ở 0,2 mA cm−2. Về phía catốt, LiTFSI@LPSC không chỉ tăng cường vận chuyển Li+ bên trong catốt composite mà còn phân hủy lớp vỏ LiTFSI tại chỗ thành pha điện phân catốt gốc LiF (CEI). Khả năng duy trì dung lượng đạt 98,6% sau 500 chu kỳ ở 2oC với LiNi0,83Co0,11Mn0,06O2 (NCM83) ở điện áp cắt cao 4,6 V. LiTFSI@LPSC chức năng hóa tạo điều kiện cho việc sửa đổi giao diện toàn diện, tất cả trong một cho cả phía anot và catot, đơn giản hóa đáng kể quá trình thiết kế giao diện trong ASSLB gốc sulfide đồng thời mang lại hiệu suất điện hóa đặc biệt.

Thẩm quyền giải quyết

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

Có gì mới trong ứng dụng LiTFSI?

2025-06-26 | Jerry Huang

Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), với công thức phân tử hóa học là C2F6LiNO4S2, là một chất hữu cơ dạng tinh thể hoặc dạng bột màu trắng có độ ổn định điện hóa và nhiệt cao. Là một chất phụ gia điện phân, LiTFSI có thể được áp dụng cho nhiều hệ thống pin khác nhau như pin lithium chính, pin lithium thứ cấp và pin lithium thể rắn.

Lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (LiTFSI), một thành phần chính trong chất điện phân của pin lithium-ion, được biết đến với độ ổn định nhiệt và điện hóa tuyệt vời. Thông qua cấu hình phân tử độc đáo của mình, muối lithium này tạo nên một mạng lưới anion rắn bên trong chất điện phân, không chỉ làm giảm đáng kể độ nhớt của dung dịch mà còn làm tăng đáng kể tốc độ vận chuyển ion lithium. Tính chất này chuyển trực tiếp thành hiệu suất cao trong quá trình sạc và xả pin, khiến LiTFSI trở nên lý tưởng để nâng cao hiệu suất tổng thể của pin lithium-ion. Đặc biệt trong nghiên cứu và phát triển pin lithium thể rắn, LiTFSI cho thấy tiềm năng to lớn. Ngoài ra, nó cho thấy hiệu suất rất tích cực trong nghiên cứu Pin kim loại natri (SMB) và dự kiến sẽ thúc đẩy sự đổi mới hơn nữa trong công nghệ pin. Tuy nhiên, tính ổn định hiệu suất của LiTFSI trong môi trường phức tạp và có hệ thống là những vấn đề cấp bách cần được giải quyết trong nghiên cứu hiện tại.

Lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (LiTFSI) đã bắt đầu được ứng dụng với số lượng lớn trong các loại pin mới như pin lithium-ion thể rắn, bao gồm pin thể rắn polymer, pin thể rắn sulfide và pin thể rắn oxide. LiTFSI đã được chứng minh là hữu ích trong việc cải thiện hiệu suất pin, bao gồm vai trò của nó trong việc bảo vệ anot, tạo điều kiện cho khả năng sạc nhanh và thúc đẩy lợi thế cao trong phạm vi nhiệt độ rộng. Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide là một trong những chất phụ gia điện phân quan trọng cho pin lithium, có thể cải thiện độ ổn định điện hóa, hiệu suất chu kỳ và độ dẫn điện của chất điện phân, và có tác dụng ăn mòn ít hơn đối với lá nhôm ở điện áp cao hơn, có thể được điều chỉnh để tăng mật độ năng lượng của pin trong ngành công nghiệp xe điện.

Hệ thống cung cấp điện có hàm lượng carbon thấp dự kiến sẽ được xây dựng

2024-07-21 | Jerry Huang

Vào ngày 15 tháng 7 năm 2024, Ủy ban Cải cách và Phát triển Quốc gia Trung Quốc (NDRC) và Cơ quan Năng lượng Quốc gia (NEA) đã ban hành “Chương trình Chuyển đổi Carbon thấp và Xây dựng các Nhà máy Điện Than (2024-2027)”, trong đó đề cập rằng: Đến năm 2025 , các dự án chuyển đổi carbon thấp của các nhà máy điện than đầu tiên sẽ được khởi động và một loạt công nghệ năng lượng carbon thấp sẽ được đưa vào ứng dụng; lượng khí thải carbon của các dự án liên quan sẽ giảm khoảng 20% trên mỗi kilowatt giờ so với năm 2023, thậm chí rõ ràng là thấp hơn lượng khí thải carbon của các nhà máy điện than tiên tiến hiện có, từ đó rút ra kinh nghiệm quý báu cho môi trường sạch và thấp. - Chuyển hóa carbon của nhà máy điện than. Bằng cách điều chỉnh việc chuyển đổi carbon thấp của các nhà máy điện than hiện có và xây dựng các nhà máy điện than carbon thấp mới một cách phối hợp, chúng tôi mong muốn đẩy nhanh việc xây dựng một hệ thống năng lượng mới sạch, ít carbon, an toàn và có hiệu suất cao. có hiệu quả.

Theo các dự báo liên quan, đến năm 2030, lượng khí thải CO2 từ các nhà máy điện than sẽ vào khoảng 4 tỷ tấn. Do đó, các công nghệ carbon thấp của ngành điện than là hỗ trợ chính để đạt được mục tiêu 'Đỉnh carbon & Trung hòa carbon' của Trung Quốc vào năm 2030 - 2060. Vậy làm thế nào ngành công nghiệp điện than có thể đạt được mục tiêu khử cacbon?

01 Phương pháp chuyển đổi và thi công khử cacbon điện than

Theo Chương trình chuyển đổi carbon thấp và xây dựng các nhà máy điện than (2024-2027), có ba phương án cụ thể để chuyển đổi năng lượng than thành carbon hóa thấp:

1, Trộn sinh khối. Bằng cách sử dụng các nguồn sinh khối như chất thải nông lâm nghiệp, nhà máy thải và cây trồng năng lượng tái tạo, đồng thời xem xét việc cung cấp tài nguyên sinh khối bền vững, an toàn, linh hoạt, hiệu quả vận hành và tính khả thi về mặt kinh tế, các tổ máy phát điện đốt than nên được kết hợp với sinh khối sản xuất điện. Sau khi chuyển đổi và xây dựng, các nhà máy điện than cần có khả năng trộn trên 10% nhiên liệu sinh khối, nhờ đó giảm đáng kể mức tiêu thụ than và lượng khí thải carbon.

2, Pha trộn amoniac xanh. Bằng cách sử dụng amoniac xanh phối trộn với các tổ máy điện than để phát điện và thay thế một phần than. Các tổ máy điện than phải có khả năng đốt hơn 10% amoniac xanh sau khi chuyển đổi và xây dựng, với mục tiêu có thể giảm rõ rệt mức tiêu thụ than và lượng khí thải carbon.

3, Thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon. Áp dụng các phương pháp hóa học, hấp phụ, màng và các công nghệ khác để tách và thu giữ carbon dioxide trong khí thải của nồi hơi đốt than. Thu giữ, làm sạch và nén carbon dioxide thông qua việc điều chỉnh áp suất và nhiệt độ. Thúc đẩy ứng dụng các công nghệ địa chất như vận chuyển dầu hiệu quả bằng carbon dioxide. Sử dụng các công nghệ hóa học như carbon dioxide cộng với hydro để thu được metanol. Thực hiện lưu trữ địa chất carbon dioxide theo điều kiện địa phương.

02 Lộ trình chuyển đổi sang điện than carbon thấp

Việc mở rộng năng lượng sạch, bao gồm thủy điện, năng lượng gió và năng lượng mặt trời, là chìa khóa để hiện thực hóa các kế hoạch cung cấp năng lượng ít carbon. Sau khi đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng, cần phải thay thế thêm năng lượng than hiện có để chuyển đổi sang năng lượng carbon thấp. Sau năm 2030, nguồn năng lượng phi hóa thạch sẽ thay thế nguồn năng lượng than hiện có và trở thành nguồn cung cấp điện chủ yếu; và sau năm 2050, tỷ lệ sản xuất điện đốt than sẽ dưới 5% trong tổng nguồn cung cấp điện của Trung Quốc.

Theo một nghiên cứu của Đại học Nhân dân Trung Quốc về triển vọng phát triển của quá trình chuyển đổi năng lượng than carbon thấp của Trung Quốc, có thể chia thành ba bước sau:

1, Từ nay đến năm 2030 là giai đoạn chuẩn bị cho quá trình chuyển đổi carbon thấp, công suất điện than vẫn tăng trưởng vừa phải trước năm 2030, đồng thời, năng lượng mới chiếm phần lớn trong nguồn cung cấp điện tăng thêm, tỷ trọng điện gió và điện mặt trời công suất lắp đặt sẽ đạt trên 40% vào năm 2030.

2, Năm 2030-2045 là giai đoạn chuyển tiếp nhanh chóng, sau năm 2030, tỷ trọng điện gió và điện mặt trời sẽ nhanh chóng vượt tỷ trọng điện than, trở thành nguồn điện chính của hệ thống điện. Các nhà máy điện than cần kết hợp với công nghệ sinh khối, CCUS và các công nghệ sạch carbon thấp khác để giảm lượng khí thải carbon.

3, Năm 2045 -2060 là thời kỳ tăng cường và cải thiện nguồn điện, đến năm 2050 nhu cầu điện sẽ bão hòa, điện than sẽ được chuyển hoàn toàn thành nguồn cung cấp điện điều chỉnh, phục vụ tiêu hóa và hấp thụ nguồn năng lượng chủ yếu là năng lượng gió - mặt trời , và cung cấp điện khẩn cấp và dự phòng.

Đây là một ví dụ về căn cứ quyền lực ở sa mạc Kubuqi. Tổng công suất dự kiến của cơ sở điện Kubuqi là 16 triệu kilowatt, bao gồm quang điện 8 triệu kilowatt, điện gió 4 triệu kilowatt và công suất điện than tiên tiến hiệu suất cao 4 triệu kilowatt. Các dự án điện mặt trời đã được xây dựng rất hoành tráng, với công suất quang điện lắp đặt 2M kW đã đi vào hoạt động. Nếu tất cả các dự án hoàn thành đầy đủ, ước tính mỗi năm có thể cung cấp khoảng 40 tỷ kWh điện cho hàng triệu gia đình, trong đó năng lượng sạch chiếm hơn 50% tổng lượng điện, tương đương tiết kiệm khoảng 6 triệu tấn nhiên liệu. than tiêu chuẩn và giảm lượng khí thải carbon dioxide khoảng 16 triệu tấn mỗi năm. Theo kế hoạch, nhiều cơ sở năng lượng sạch hơn sẽ được triển khai. Tấm pin mặt trời đầu tiên được chế tạo Tấm pin mặt trời một năm sau Cơ sở năng lượng mặt trời 5 năm sau

Đối với xe điện và cơ sở hạ tầng sạc của nó, theo thống kê, tính đến cuối tháng 5 năm 2024, tổng số cơ sở hạ tầng sạc xe điện đã tích lũy lên 9,92 triệu đơn vị trên khắp Trung Quốc, tăng 56% so với cùng kỳ năm trước. Trong số đó, các cơ sở sạc công cộng và khu vực tư nhân đã tăng lần lượt lên 3,05 triệu chiếc và 6,87 triệu chiếc, với tốc độ tăng trưởng lần lượt là 46% và 61% so với cùng kỳ. Điều này biểu thị rằng Trung Quốc đã xây dựng mạng lưới cơ sở hạ tầng sạc lớn nhất thế giới, bao phủ khu vực dịch vụ rộng nhất và nhiều loại hình sạc.

Phương pháp kinh tế và hiệu quả cao xanh được phát hành để tái chế LCO và LIB ternary

2023-09-16 | Jerry Huang

Lưu ý của biên tập viên: Pin lithium-ion hiện được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại thiết bị điện tử, xe điện và bộ lưu trữ năng lượng trên quy mô lưới điện. Nhu cầu toàn cầu về pin lithium-ion tiếp tục tăng đáng kể. Ước tính đến năm 2030, khối lượng pin lithium-ion đã qua sử dụng trên toàn cầu sẽ vượt quá 11 triệu tấn, sẽ trở thành nguồn ô nhiễm khổng lồ có thể đe dọa nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe cộng đồng. Đồng thời, nhu cầu ngày càng tăng về pin lithium-ion đồng nghĩa với nhu cầu ngày càng tăng về lithium và coban. Mặt khác, hàm lượng lithium và coban trong cực âm LIB lần lượt cao tới 15% và 7% trọng lượng, cao hơn nhiều so với hàm lượng trong quặng và nước muối. Do đó, việc thu hồi các nguyên tố kim loại trong cực âm LIB đã qua sử dụng có ý nghĩa rất lớn về môi trường, xã hội và kinh tế. Hiện nay, việc thu hồi pin lithium-ion chủ yếu được chia thành ba bước: tiền xử lý, chiết xuất kim loại và tách kim loại. Trong nghiên cứu và phát triển bước tách kim loại của quy trình tái chế, quy trình thủy luyện kim là một trong những lựa chọn khả thi nhất vì tốc độ lọc kim loại cao và độ tinh khiết đạt yêu cầu của sản phẩm thu hồi. Tuy nhiên, quá trình này không thân thiện với môi trường, cũng không mang tính kinh tế cao vì sử dụng axit vô cơ tạo ra các sản phẩm phụ nguy hại; trong khi axit hữu cơ cần thêm chất khử hoặc thời gian phản ứng dài hơn và nhiệt độ cao hơn để thu hồi kim loại.

Các nhà nghiên cứu từ nhóm Zhong Lin Wang mang đến cho chúng ta một phương pháp khả thi xanh, hiệu quả cao và tiết kiệm để tái chế LIB, bao gồm pin lithium coban oxit (LCO) và pin lithium ba loại.

trừu tượng

Với xu hướng toàn cầu hướng tới tính trung hòa carbon, nhu cầu về pin lithium-ion (LIB) không ngừng tăng lên. Tuy nhiên, các phương pháp tái chế hiện tại đối với LIB đã qua sử dụng cần được cải thiện khẩn cấp về mặt thân thiện với môi trường, chi phí và hiệu quả. Ở đây chúng tôi đề xuất một phương pháp xúc tác cơ học, được gọi là xúc tác điện tiếp xúc, sử dụng các gốc được tạo ra bởi quá trình điện khí hóa tiếp xúc để thúc đẩy quá trình lọc kim loại dưới sóng siêu âm. Chúng tôi cũng sử dụng SiO2 làm chất xúc tác có thể tái chế trong quy trình này. Đối với pin oxit lithium coban (III), hiệu suất lọc đạt 100% đối với lithium và 92,19% đối với coban ở 90 ° C trong vòng 6 giờ. Đối với pin lithium bậc ba, hiệu suất lọc của lithium, niken, mangan và coban lần lượt đạt 94,56%, 96,62%, 96,54% và 98,39% ở 70 ° C trong vòng 6 giờ. Chúng tôi dự đoán rằng phương pháp này có thể mang lại cách tiếp cận xanh, hiệu quả cao và kinh tế cho việc tái chế LIB, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng theo cấp số nhân đối với các sản phẩm LIB.

Thẩm quyền giải quyết

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