El equipo de investigación de Li Mingtao de la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de Xi’an Jiaotong ha logrado un gran avance en la aplicación de baterías de litio y azufre al diseñar y desarrollar un material de cátodo con una capa protectora de grafeno bidimensional. Este material de cátodo tiene un ciclo de vida largo.

El sándwich de intercalación bidimensional G-C2N3 / grafeno forma una red de tiburones multicapa entre los electrodos positivo y negativo de la batería. No solo puede bloquear el movimiento de polisulfuros entre los electrodos positivo y negativo a través de usos físicos y químicos, sino que también puede acelerar la difusión de iones de litio, aumentando así en gran medida el ciclo de vida de la batería.

En mi país, el desarrollo de las baterías de litio-azufre es relativamente tardío y aún se encuentra en la etapa de investigación y desarrollo de laboratorio, con pocas aplicaciones prácticas. El efecto lanzadera provocado por la disolución del producto intermedio sulfuro de litio durante el proceso de carga y descarga de las baterías de litio azufre se considera un factor clave que limita su aplicación práctica.

El ex vicepresidente de Qinghai Dr. Li Technician Technology dijo una vez que el transbordador espacial disuelto con polisulfuro es el problema más importante y difícil de la batería de litio-azufre, y el trabajo de mejora relacionado aún se encuentra en la etapa inicial, pero es optimista en que el litio-azufre Las baterías se pueden utilizar como baterías secundarias. Con alta densidad energética, tiene amplias perspectivas de desarrollo.

En comparación con el NCM ternario convencional actual, la energía específica teórica de la batería de cátodo de azufre es tan alta como 2600Wh / kg, que es más de diez veces mayor que la de la batería de litio ampliamente utilizada en la actualidad. Además, las reservas de azufre son abundantes y económicas, lo que puede ayudar a reducir el precio de los vehículos eléctricos que funcionan con baterías de litio.

En 2016, la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma propuso un gran avance en la tecnología de baterías de litio-azufre con una densidad de energía de 300Wh / kg en el “Plan de acción para la innovación y la revolución de la tecnología energética (2016-2030)”.

Por el contrario, de acuerdo con las Medidas de Acción para Promover el Desarrollo de la Industria Eléctrica Automotriz y el Plan de Desarrollo a Mediano y Largo Plazo para la Industria Automotriz lanzados en 2017, la relación de una sola máquina puede alcanzar más de 300Wh / kg para 2020, y la relación de una sola máquina puede alcanzar los 500 Wh en 2025. / kg anterior. La densidad de energía teórica de las baterías de litio-azufre es superior a 500Wh / kg, por lo que se considera que es la dirección de desarrollo de la próxima generación de sistemas de baterías de litio después de las baterías de litio.

Para resolver los problemas prácticos en la aplicación de baterías de litio-azufre, incluido el equipo Qian Hanlin de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, el equipo Wang Haihui de la Universidad Tecnológica del Sur de China, Qingdao Energy and Energy Storage Materials Advanced El equipo de investigación de tecnología de la Academia de Ciencias de China, nuestro equipo de investigación química Nan Fengzheng de la Universidad de Xiamen y el equipo de investigación de Wang de la Universidad Jiaotong de Shanghai han logrado avances importantes.

En octubre de 2018, el profesor Wang, Yitaiqian y varios de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (Universidad de Ciencia y Tecnología) descubrieron que el rendimiento dinámico de la posición central de la banda p de los electrones de valencia en relación con el nivel de Fermi es un factor importante en li -S baterías Interfase de reacción de transferencia de electrones. Los investigadores encontraron que el material portador de azufre a base de cobalto con la polarización positiva más pequeña y la mejor tasa de rendimiento tiene una capacidad de 417.3 Mahg-1 incluso a 40.0 ° C, que corresponde a la densidad de potencia más alta actual de 137.3 kwkg-1. Los resultados de la investigación se publicaron en “Joule”, una revista internacional de excelentes materiales energéticos.

La batería de litio-azufre es un sistema de batería positivo de batería de litio metálico con azufre como electrodo positivo. Para resolver el problema de seguridad de las dendritas de Li producidas en el electrodo positivo metálico en la Universidad Jiaotong de Shanghai, el equipo de Wang preparó un nuevo tipo de solución de electrolito de batería de litio (usando fluorosulfonimida de litio doble se disuelve en fosfato de trietilo y fluoroéter de alto punto de inflamación para obtener electrolito saturado) . Comparado con el electrolito de alta concentración, el nuevo electrolito tiene un bajo costo y baja viscosidad, mejora la protección del electrodo de metal de Li, puede eliminar eficazmente las dendritas del electrodo de Li y elimina posibles peligros de seguridad. Al mismo tiempo, la seguridad y el rendimiento electroquímico se mejoran en condiciones de alta temperatura por encima de 60 ° C.

Además de la investigación científica, las empresas de baterías también utilizan baterías de litio-azufre como una de sus reservas técnicas, exigiendo activamente avances tecnológicos. Entre estas empresas que cotizan en bolsa, China Nuclear Titanium Dioxide, Tibet Urban Investment, Jinlu Group, Guoxun High-tech, Dream Vision Technology y otras empresas han implementado proyectos de baterías de litio y azufre.

Aunque las baterías de litio-azufre tienen algunos problemas en el proceso de lograr la densidad de energía ideal, existen requisitos más altos para la delgadez de algunas aplicaciones de baterías, como vehículos aéreos no tripulados (UAV), submarinos y bolsas de transporte de soldados. Para fuentes de alimentación para otros fines, dado que el peso es más importante que el precio o la vida, se han comenzado a poner en práctica las baterías de litio-azufre. La nueva batería de litio-azufre desarrollada por la start-up británica Oxis Energy puede almacenar casi el doble de la energía por kilogramo de las baterías de litio que se utilizan actualmente en los vehículos eléctricos. Sin embargo, no pueden durar mucho y fallarán después de aproximadamente 100 ciclos de carga y descarga. El objetivo de la pequeña planta piloto de Oxis es producir entre 10,000 y 20,000 baterías al año. Se dice que la batería está empaquetada en una bolsa delgada del tamaño de un teléfono móvil. ¿Por qué debemos promover la regeneración y el reciclaje de baterías de litio eléctricas lo antes posible? Aunque los recursos de litio de mi país ocupan el cuarto lugar en el mundo, debido a la mala ley del mineral de litio, la dificultad de purificación y el alto costo, cada año se importa una gran cantidad de mineral de litio y el grado de dependencia exterior supera el 85%. . Además, la demanda china también ha disparado el precio del carbonato de litio para baterías. En los últimos años, el precio ha aumentado casi tres veces, lo que ha aumentado considerablemente los costos de adquisición de los fabricantes chinos de baterías de litio. Por un lado, la eliminación de las baterías de litio de potencia es una preciosa “mina urbana”. El contenido de metal es mucho mayor que el del mineral, litio, cobalto, níquel y otros metales preciosos. El reciclaje y el reciclaje pueden mejorar la eficiencia en la utilización de recursos, reducir las importaciones y reducir la dependencia externa y proteger la seguridad de la estrategia nacional de recursos. Zhang Tianren dijo que, por otro lado, desde la perspectiva de prevenir la contaminación y proteger el medio ambiente, si las baterías de litio desechadas no se desechan adecuadamente, también causarán un gran daño al medio ambiente ecológico.

Para promover mejor la recuperación y reutilización de baterías de litio para vehículos de nueva energía, proteger el medio ambiente ecológico y garantizar la seguridad de los recursos estratégicos nacionales, hay tres cuestiones importantes: el sistema de reciclaje imperfecto, la tecnología de regeneración inmadura y la debilidad. mecanismo de incentivos. Varios aspectos han presentado sugerencias para promover el desarrollo saludable y sostenible de la industria automotriz de nueva energía de mi país.

Acelerar el desarrollo de estándares y unificar los estándares de gestión son la base para llevar a cabo el trabajo relacionado. Sugirió que los departamentos pertinentes aceleren la formulación de estándares de gestión, estándares técnicos y estándares de evaluación para el reciclaje y reutilización de baterías usadas. Alentar a las regiones con ventajas industriales a formular planes de supervisión, recuperación y reciclaje de baterías de litio de nueva energía y medidas de implementación y, a través de pilotos preliminares, explorar medidas de implementación nacional que estén más en línea con las realidades de la industria y sean más operativas.