L’équipe de recherche de Li Mingtao de l’École de génie chimique de l’Université de Xi’an Jiaotong a réalisé une percée dans l’application des batteries lithium-soufre en concevant et en développant un matériau de cathode avec une couche protectrice de graphène bidimensionnelle. Ce matériau de cathode a une longue durée de vie.

Le sandwich G-C2N3/graphène à intercalation 4D forme un filet de requin multicouche entre les électrodes positives et négatives de la batterie. Il peut non seulement bloquer le mouvement des polysulfures entre les électrodes positives et négatives grâce à des utilisations physiques et chimiques, mais également accélérer la diffusion des ions lithium, augmentant ainsi considérablement la durée de vie de la batterie.

Dans mon pays, le développement des batteries lithium-soufre est relativement tardif, et il en est encore au stade de la recherche et du développement en laboratoire, avec peu d’applications pratiques. L’effet navette causé par la dissolution du sulfure de lithium produit intermédiaire pendant le processus de charge et de décharge des batteries au lithium-soufre est considéré comme un facteur clé limitant son application pratique.

L’ancien vice-président de Qinghai, le Dr Li Technician Technology, a déclaré un jour que la navette spatiale à base de polysulfure dissous était le problème de batterie lithium-soufre le plus important et le plus difficile, et que les travaux d’amélioration connexes n’en sont qu’au stade initial, mais il est optimiste que le lithium-soufre les batteries peuvent être utilisées comme batteries secondaires. A haute densité énergétique, il a de larges perspectives de développement.

Par rapport au NCM ternaire courant dominant, l’énergie spécifique théorique de la batterie à cathode de soufre atteint 2600 XNUMX Wh/kg, soit plus de dix fois celle de la batterie au lithium actuellement largement utilisée. De plus, les réserves de soufre sont abondantes et peu coûteuses, ce qui peut contribuer à réduire le prix des véhicules électriques alimentés par des batteries au lithium.

En 2016, la Commission nationale du développement et de la réforme a proposé une percée dans la technologie des batteries lithium-soufre avec une densité énergétique de 300Wh/kg dans le « Plan d’action pour la révolution technologique et l’innovation énergétiques (2016-2030) ».

In contrast, according to the Action Measures to Promote the Development of the Automotive Power Industry and the Medium and Long-term Development Plan for the Automotive Industry released in 2017, the single-machine ratio can reach more than 300Wh/kg by 2020, and the single-machine ratio can reach 500Wh by 2025. /kg above. The theoretical energy density of lithium-sulfur batteries is greater than 500Wh/kg, so it is considered to be the development direction of the next generation of power lithium battery systems after lithium batteries.

Afin de résoudre les problèmes pratiques dans l’application des batteries lithium-soufre, y compris l’équipe Qian Hanlin de l’Université des sciences et technologies de Chine, l’équipe Wang Haihui de l’Université de technologie de Chine du Sud, le Qingdao Energy and Energy Storage Materials Advanced L’équipe de recherche technologique de l’Académie chinoise des sciences, notre équipe chimique Nan Fengzheng de l’Université de Xiamen et l’équipe de recherche de l’Université Wang Jiaotong de Shanghai ont réalisé des progrès décisifs.

En octobre 2018, le professeur Wang, Yitaiqian et diverses Université des sciences et technologies de Chine (Université des sciences et technologies) ont découvert que la performance dynamique de la position centrale de la bande p des électrons de valence par rapport au niveau de Fermi est un facteur important dans la li -S batteries Interface réaction de transfert d’électrons. Les chercheurs ont découvert que le matériau porteur de soufre à base de cobalt avec la plus petite polarisation positive et les meilleures performances de débit a une capacité de 417.3 Mahg-1 même à 40.0°C, ce qui correspond à la densité de puissance actuelle la plus élevée de 137.3 kwkg-1. Les résultats de la recherche ont été publiés dans « Joule », une revue internationale d’excellents matériaux énergétiques.

La batterie lithium-soufre est un système de batterie positive au lithium métallique avec du soufre comme électrode positive. Pour résoudre le problème de sécurité des dendrites de Li produites dans l’électrode positive en métal de l’Université Jiaotong de Shanghai, l’équipe de Wang a préparé un nouveau type de solution d’électrolyte pour batterie au lithium (en utilisant du double fluorosulfonimide de lithium dissous dans du phosphate de triéthyle et du fluoroéther à point d’éclair élevé pour obtenir un électrolyte saturé) . Comparé à l’électrolyte à haute concentration, le nouvel électrolyte a un faible coût et une faible viscosité, améliore la protection de l’électrode métallique Li, peut éliminer efficacement les dendrites de l’électrode Li et élimine les risques potentiels pour la sécurité. Dans le même temps, la sécurité et les performances électrochimiques sont améliorées dans des conditions de températures élevées supérieures à 60°C.

En plus de la recherche scientifique, les entreprises de batteries utilisent également les batteries lithium-soufre comme l’une de leurs réserves techniques, exigeant activement des ruptures technologiques. Parmi ces sociétés cotées, China Nuclear Titanium Dioxide, Tibet Urban Investment, Jinlu Group, Guoxun High-tech, Dream Vision Technology et d’autres sociétés ont déployé des projets de batteries lithium-soufre.

Bien que les batteries lithium-soufre aient des problèmes pour atteindre la densité d’énergie idéale, il existe des exigences plus élevées pour la minceur de certaines applications de batterie, telles que les véhicules aériens sans pilote (UAV), les sous-marins et les sacs de transport de soldats. Pour les alimentations électriques à d’autres fins, le poids étant plus important que le prix ou la durée de vie, les batteries lithium-soufre ont commencé à être utilisées dans la pratique. La nouvelle batterie lithium-soufre développée par la start-up britannique Oxis Energy peut stocker près de deux fois l’énergie par kilogramme des batteries au lithium actuellement utilisées dans les véhicules électriques. Cependant, ils ne peuvent pas durer longtemps et échoueront après environ 100 cycles de charge-décharge. L’objectif de la petite usine pilote d’Oxis est de produire 10,000 20,000 à 85 XNUMX batteries par an. On dit que la batterie est emballée dans un sac mince de la taille d’un téléphone portable. Pourquoi devons-nous promouvoir au plus vite la régénération et le recyclage des batteries au lithium de puissance ? Bien que les ressources de lithium de mon pays se classent au quatrième rang mondial, en raison de la mauvaise qualité du minerai de lithium, de la difficulté de purification et du coût élevé, une grande quantité de minerai de lithium est importée chaque année et le degré de dépendance étrangère dépasse XNUMX %. . En outre, la demande chinoise a également fait monter en flèche le prix du carbonate de lithium de qualité batterie. Ces dernières années, le prix a presque triplé, ce qui a considérablement augmenté les coûts d’approvisionnement des fabricants chinois de batteries au lithium. D’une part, la suppression des batteries lithium de puissance est une précieuse « mine urbaine ». La teneur en métal est beaucoup plus élevée que celle du minerai, du lithium, du cobalt, du nickel et d’autres métaux précieux. Le recyclage et le recyclage peuvent améliorer l’efficacité de l’utilisation des ressources, réduire les importations et réduire la dépendance externe et protéger la sécurité de la stratégie nationale des ressources. Zhang Tianren a déclaré que, d’un autre côté, du point de vue de la prévention de la pollution et de la protection de l’environnement, si les piles au lithium jetées ne sont pas correctement éliminées, elles causeront également de graves dommages à l’environnement écologique.

Afin de mieux promouvoir la récupération et la réutilisation des batteries au lithium pour les véhicules à énergies nouvelles, de protéger l’environnement écologique et d’assurer la sécurité des ressources stratégiques nationales, il existe trois problèmes importants : le système de recyclage imparfait, la technologie de régénération immature et la faiblesse mécanisme incitatif. Plusieurs aspects ont avancé des suggestions pour promouvoir le développement sain et durable de l’industrie automobile aux nouvelles énergies de mon pays.

L’accélération de l’élaboration des normes et l’unification des normes de gestion sont à la base de la réalisation des travaux connexes. Il a suggéré que les départements concernés accélèrent la formulation de normes de gestion, de normes techniques et de normes d’évaluation pour le recyclage et la réutilisation des piles usagées. Encourager les régions ayant des avantages industriels à formuler des plans de supervision, de récupération et de recyclage des batteries au lithium et des mesures de mise en œuvre, et à travers des projets pilotes préliminaires, explorer des mesures de mise en œuvre nationales qui sont plus conformes aux réalités de l’industrie et plus opérationnelles.