حقق فريق البحث من Li Mingtao من كلية الهندسة الكيميائية بجامعة Xi’an Jiaotong طفرة في تطبيق بطاريات الليثيوم الكبريت من خلال تصميم وتطوير مادة كاثود مع طبقة واقية ثنائية الأبعاد من الجرافين. مادة الكاثود هذه لها دورة حياة طويلة.

الإقحام ثنائي الأبعاد G-C2N3 / شطيرة الجرافين تشكل شبكة سمك القرش متعددة الطبقات بين الأقطاب الموجبة والسالبة للبطارية. لا يمكن فقط منع حركة polysulfides بين الأقطاب الموجبة والسالبة من خلال الاستخدامات الفيزيائية والكيميائية ، ولكن أيضًا تسريع انتشار أيونات الليثيوم ، وبالتالي زيادة عمر دورة البطارية بشكل كبير.

في بلدي ، تأخر تطوير بطاريات الليثيوم-الكبريت نسبيًا ، ولا يزال في مرحلة البحث والتطوير المختبري ، مع القليل من التطبيقات العملية. يعتبر تأثير المكوك الناجم عن انحلال المنتج الوسيط كبريتيد الليثيوم أثناء عملية شحن وتفريغ بطاريات الليثيوم الكبريت عاملاً رئيسياً يحد من تطبيقه العملي.

قال نائب الرئيس السابق لشركة Qinghai Dr. Li Technician Technology ذات مرة أن مكوك الفضاء المذاب متعدد الكبريتيد هو المشكلة الأكثر أهمية وصعوبة في بطارية الليثيوم والكبريت ، وما زالت أعمال التحسين ذات الصلة في المرحلة الأولية ، لكنه متفائل بأن الليثيوم – الكبريت يمكن استخدام البطاريات كبطاريات ثانوية. مع كثافة الطاقة العالية ، لديها آفاق تطوير واسعة.

بالمقارنة مع NCM الثلاثي السائد الحالي ، فإن الطاقة النظرية المحددة لبطارية كاثود الكبريت تصل إلى 2600Wh / kg ، وهو أكثر من عشرة أضعاف طاقة بطارية الليثيوم المستخدمة على نطاق واسع حاليًا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن احتياطيات الكبريت وفيرة وغير مكلفة ، مما قد يساعد في خفض أسعار السيارات الكهربائية التي تعمل ببطاريات الليثيوم.

في عام 2016 ، اقترحت اللجنة الوطنية للتنمية والإصلاح اختراقًا في تكنولوجيا بطاريات الليثيوم الكبريتية بكثافة طاقة تبلغ 300 وات / كجم في “خطة عمل ثورة تكنولوجيا الطاقة والابتكار (2016-2030)”.

في المقابل ، وفقًا لإجراءات العمل لتعزيز تطوير صناعة طاقة السيارات وخطة التنمية المتوسطة والطويلة الأجل لصناعة السيارات التي تم إصدارها في عام 2017 ، يمكن أن تصل نسبة الماكينة الواحدة إلى أكثر من 300 واط / كجم بحلول عام 2020 ، و يمكن أن تصل نسبة الآلة الواحدة إلى 500 وات في الساعة بحلول عام 2025. / كجم أعلاه. كثافة الطاقة النظرية لبطاريات الليثيوم الكبريتية أكبر من 500 واط / كغ ، لذلك تعتبر اتجاه تطوير الجيل التالي من أنظمة بطاريات الليثيوم للطاقة بعد بطاريات الليثيوم.

من أجل حل المشكلات العملية في تطبيق بطاريات الليثيوم الكبريت ، بما في ذلك فريق Qian Hanlin من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين ، وفريق Wang Haihui من جامعة جنوب الصين للتكنولوجيا ، و Qingdao Energy and Energy Storage Materials Advanced حقق فريق البحث التكنولوجي التابع للأكاديمية الصينية للعلوم وفريق Nan Fengzheng للمواد الكيميائية بجامعة Xiamen وفريق البحث بجامعة Shanghai Jiaotong Wang تقدمًا كبيرًا.

في أكتوبر 2018 ، اكتشف البروفيسور وانغ ، ويتاي تشيان ، والعديد من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين (جامعة العلوم والتكنولوجيا) أن الأداء الديناميكي لموضع مركز النطاق p لإلكترونات التكافؤ بالنسبة لمستوى فيرمي هو عامل مهم في دراسة حالة إلكترونات التكافؤ. -S البطاريات واجهة تفاعل نقل الإلكترون. وجد الباحثون أن المادة الحاملة للكبريت التي أساسها الكوبالت مع أصغر استقطاب إيجابي وأفضل أداء لها قدرة 417.3 ماهغ -1 حتى عند 40.0 درجة مئوية ، وهو ما يتوافق مع أعلى كثافة طاقة حالية تبلغ 137.3 كيلو وات كجم -1. نُشرت نتائج البحث في مجلة “Joule” الدولية المتخصصة في مواد الطاقة الممتازة.

بطارية الليثيوم الكبريتية عبارة عن نظام بطارية موجب لبطارية الليثيوم المعدنية مع الكبريت كقطب موجب. لحل مشكلة سلامة تشعبات Li المنتجة في القطب الموجب المعدني في جامعة شنغهاي جياوتونغ ، أعد فريق وانغ نوعًا جديدًا من محلول إلكتروليت بطارية الليثيوم (باستخدام ثنائي الليثيوم فلوروسلفونيميد يذوب في ثلاثي إيثيل الفوسفات ونقطة وميض عالية الفلوروثير للحصول على إلكتروليت مشبع) . بالمقارنة مع المنحل بالكهرباء عالي التركيز ، فإن الإلكتروليت الجديد له تكلفة منخفضة ولزوجة منخفضة ، ويعزز حماية قطب Li المعدني ، ويمكنه إزالة التشعبات الخاصة بقطب Li بشكل فعال ، ويزيل مخاطر السلامة المحتملة. في الوقت نفسه ، تم تحسين الأداء الآمن والكهروكيميائي تحت ظروف درجات الحرارة العالية فوق 60 درجة مئوية.

بالإضافة إلى البحث العلمي ، تستخدم شركات البطاريات أيضًا بطاريات الليثيوم-الكبريت كأحد احتياطياتها الفنية ، وتطالب بنشاط باختراقات تكنولوجية. من بين هذه الشركات المدرجة ، قامت شركة الصين لثاني أكسيد التيتانيوم النووي ، و Tibet Urban Investment ، و Jinlu Group ، و Guoxun High-tech ، و Dream Vision Technology وغيرها من الشركات بنشر مشاريع بطاريات الليثيوم والكبريت.

على الرغم من أن بطاريات الليثيوم الكبريتية تواجه بعض المشكلات في عملية تحقيق كثافة الطاقة المثالية ، إلا أن هناك متطلبات أعلى لنحافة بعض تطبيقات البطاريات ، مثل الطائرات بدون طيار (UAV) والغواصات وأكياس حمل الجنود. بالنسبة لمصادر الطاقة لأغراض أخرى ، نظرًا لأن الوزن أكثر أهمية من السعر أو العمر الافتراضي ، فقد بدأ استخدام بطاريات الليثيوم الكبريتية في الاستخدام العملي. يمكن لبطارية الليثيوم-الكبريت الجديدة التي طورتها الشركة البريطانية الناشئة Oxis Energy تخزين ما يقرب من ضعف الطاقة لكل كيلوغرام من بطاريات الليثيوم المستخدمة حاليًا في السيارات الكهربائية. ومع ذلك ، لا يمكن أن تدوم طويلاً وستفشل بعد حوالي 100 دورة شحن-تفريغ. الهدف من المصنع التجريبي الصغير لشركة Oxis هو إنتاج 10,000 إلى 20,000 بطارية سنويًا. يقال أن البطارية معبأة في كيس رفيع بحجم الهاتف المحمول. لماذا نحتاج إلى تعزيز تجديد وإعادة تدوير بطاريات الليثيوم للطاقة في أسرع وقت ممكن؟ على الرغم من أن موارد الليثيوم في بلدي تحتل المرتبة الرابعة في العالم ، بسبب ضعف درجة خام الليثيوم ، وصعوبة التنقية ، وارتفاع التكلفة ، يتم استيراد كمية كبيرة من خام الليثيوم كل عام ، ودرجة الاعتماد الأجنبي تتجاوز 85٪ . بالإضافة إلى ذلك ، أدى الطلب الصيني أيضًا إلى ارتفاع أسعار كربونات الليثيوم المستخدمة في صناعة البطاريات. في السنوات الأخيرة ، ارتفع السعر ثلاث مرات تقريبًا ، مما أدى إلى زيادة كبيرة في تكاليف الشراء لمصنعي بطاريات الليثيوم الصينية. من ناحية أخرى ، يعد التخلص من بطاريات الليثيوم للطاقة بمثابة “منجم حضري” ثمين. محتوى المعدن أعلى بكثير من محتوى الخام والليثيوم والكوبالت والنيكل والمعادن الثمينة الأخرى. يمكن أن تؤدي إعادة التدوير وإعادة التدوير إلى تحسين كفاءة استخدام الموارد ، وتقليل الواردات ، وتقليل الاعتماد الخارجي على وحماية أمن استراتيجية الموارد الوطنية. قال تشانغ تيانرين ، من ناحية أخرى ، من منظور منع التلوث وحماية البيئة ، إذا لم يتم التخلص من بطاريات الليثيوم المهملة بشكل صحيح ، فإنها ستسبب أيضًا ضررًا كبيرًا للبيئة البيئية.

من أجل تعزيز استعادة بطاريات الليثيوم وإعادة استخدامها بشكل أفضل لمركبات الطاقة الجديدة ، وحماية البيئة البيئية ، وضمان سلامة الموارد الاستراتيجية الوطنية ، هناك ثلاث قضايا مهمة: نظام إعادة التدوير غير الكامل ، وتكنولوجيا التجديد غير الناضجة ، والضعف. آلية الحوافز. طرحت عدة جوانب اقتراحات لتعزيز التنمية الصحية والمستدامة لصناعة السيارات الجديدة للطاقة في بلدي.

إن الإسراع في تطوير المعايير وتوحيد معايير الإدارة هما أساس تنفيذ الأعمال ذات الصلة. واقترح أن تقوم الإدارات المعنية بالإسراع في صياغة معايير الإدارة والمعايير الفنية ومعايير التقييم لإعادة تدوير وإعادة استخدام البطاريات المستعملة. شجع المناطق ذات المزايا الصناعية على صياغة خطط جديدة للإشراف على بطاريات الليثيوم واستعادتها وإعادة تدويرها وتدابير التنفيذ ، ومن خلال البرامج التجريبية الأولية ، استكشف تدابير التنفيذ الوطنية التي تتماشى بشكل أكبر مع واقع الصناعة وأكثر قابلية للتشغيل.