Istraživački tim Li Mingtaoa sa Fakulteta kemijskog inženjerstva Sveučilišta Xi’an Jiaotong napravio je iskorak u primjeni litij-sumpornih baterija dizajnom i razvojem katodnog materijala s dvodimenzionalnim zaštitnim slojem grafena. Ovaj katodni materijal ima dug životni vijek.

2d interkalacijski G-C3N4/grafenski sendvič tvori višeslojnu mrežu morskog psa između pozitivne i negativne elektrode baterije. Ne samo da može blokirati kretanje polisulfida između pozitivnih i negativnih elektroda kroz fizikalne i kemijske primjene, već i ubrzati difuziju litijevih iona, čime se uvelike produžuje životni vijek baterije.

U mojoj zemlji je razvoj litij-sumpornih baterija relativno kasno, a još je u fazi laboratorijskog istraživanja i razvoja, s malo praktične primjene. Shuttle učinak uzrokovan otapanjem međuproizvoda litijevog sulfida tijekom procesa punjenja i pražnjenja litij sumpornih baterija smatra se ključnim čimbenikom koji ograničava njegovu praktičnu primjenu.

Bivši potpredsjednik Qinghai dr. Li Technician Technology jednom je rekao da je svemirski shuttle otopljen u polisulfidu najvažniji i najteži problem litij-sumporne baterije, te da je rad na poboljšanju još uvijek u početnoj fazi, ali je optimističan da je litij-sumpor baterije se mogu koristiti kao sekundarne baterije. Uz veliku gustoću energije, ima široke perspektive razvoja.

U usporedbi s trenutnim mainstream ternarnim NCM-om, teoretska specifična energija sumporne katodne baterije je čak 2600 Wh/kg, što je više od deset puta više od trenutno široko korištene litijeve baterije. Osim toga, rezerve sumpora su obilne i jeftine, što može pomoći u smanjenju cijene električnih vozila na litijeve baterije.

Godine 2016. Nacionalna komisija za razvoj i reformu predložila je napredak u tehnologiji litij-sumpornih baterija s gustoćom energije od 300Wh/kg u “Akcijskom planu energetske revolucije i inovacija (2016.-2030.)”.

Nasuprot tome, prema Akcijskim mjerama za promicanje razvoja automobilske industrije i Srednjoročnom i dugoročnom planu razvoja automobilske industrije objavljenim 2017., omjer jednog stroja može doseći više od 300 Wh/kg do 2020., a omjer jednog stroja može doseći 500Wh do 2025./kg iznad. Teoretska gustoća energije litij-sumpornih baterija veća je od 500Wh/kg, pa se smatra da je to smjer razvoja sljedeće generacije energetskih litij baterijskih sustava nakon litij baterija.

Kako bi se riješili praktični problemi u primjeni litij-sumpornih baterija, uključujući tim Qian Hanlin sa Sveučilišta znanosti i tehnologije Kine, tim Wang Haihui sa Tehnološkog sveučilišta Južne Kine, Qingdao Energy and Energy Storage Materials Advanced Tehnološki istraživački tim Kineske akademije znanosti, naš tim za kemiju Nan Fengzheng Sveučilišta Xiamen i istraživački tim šangajskog sveučilišta Jiaotong Wang napravio je značajan napredak.

U listopadu 2018., profesor Wang, Yitaiqian i različito Kinesko sveučilište znanosti i tehnologije (Sveučilište znanosti i tehnologije) otkrili su da je dinamička izvedba položaja središta p-pojasa valentnih elektrona u odnosu na Fermijevu razinu važan čimbenik u li -S baterije Sučelje reakcija prijenosa elektrona. Istraživači su otkrili da materijal koji nosi sumpor na bazi kobalta s najmanjom pozitivnom polarizacijom i najboljom brzinom ima kapacitet od 417.3 Mahg-1 čak i pri 40.0°C, što odgovara trenutnoj najvećoj gustoći snage od 137.3 kwkg-1. Rezultati istraživanja objavljeni su u “Jouleu”, međunarodnom časopisu izvrsnih energetskih materijala.

Litij-sumporna baterija je metalna litijska baterija sa pozitivnim baterijskim sustavom sa sumporom kao pozitivnom elektrodom. Kako bi riješio sigurnosni problem Li dendrita proizvedenih u metalnoj pozitivnoj elektrodi na Šangajskom sveučilištu Jiaotong, Wangov tim je pripremio novu vrstu otopine elektrolita litij baterije (koristeći dvostruki litijev fluorosulfonimid koji se otapa u trietil fosfatu i fluoroeteru s visokom točkom paljenja kako bi se dobio zasićeni elektrolit) . U usporedbi s elektrolitom visoke koncentracije, novi elektrolit ima nisku cijenu i nisku viskoznost, poboljšava zaštitu metalne Li elektrode, može učinkovito ukloniti dendrite Li elektrode i eliminirati potencijalne sigurnosne opasnosti. Istodobno se poboljšavaju sigurnost i elektrokemijska svojstva u uvjetima visoke temperature iznad 60°C.

Uz znanstvena istraživanja, tvrtke za proizvodnju baterija također koriste litij-sumporne baterije kao jednu od svojih tehničkih rezervi, aktivno zahtijevajući tehnološka dostignuća. Među ovim navedenim tvrtkama, China Nuclear Titanium Dioxide, Tibet Urban Investment, Jinlu Group, Guoxun High-tech, Dream Vision Technology i druge tvrtke su implementirale projekte litij-sumpornih baterija.

Iako litij-sumporne baterije imaju određenih problema u procesu postizanja idealne gustoće energije, postoje veći zahtjevi za tankošću nekih aplikacija baterija, kao što su bespilotne letjelice (UAV), podmornice i torbe za nošenje vojnika. Za napajanje za druge namjene, budući da je težina važnija od cijene ili vijeka trajanja, litij-sumporne baterije počele su se stavljati u praktičnu uporabu. Nova litij-sumporna baterija koju je razvila britanska start-up tvrtka Oxis Energy može pohraniti gotovo dvostruko više energije po kilogramu litijevih baterija koje se trenutno koriste u električnim vozilima. Međutim, ne mogu dugo trajati i otkazat će nakon otprilike 100 ciklusa punjenja-pražnjenja. Cilj Oxisove male pilot tvornice je proizvodnja 10,000 do 20,000 baterija godišnje. Kažu da je baterija pakirana u tanku vrećicu veličine mobitela. Zašto trebamo promicati regeneraciju i recikliranje energetskih litijevih baterija što je prije moguće? Iako su resursi litija moje zemlje četvrti u svijetu, zbog loše kvalitete litijeve rude, teškoće pročišćavanja i visoke cijene, svake se godine uvozi velika količina litijeve rude, a stupanj ovisnosti o inozemstvu prelazi 85% . Osim toga, kineska potražnja također je potaknula porast cijene litij karbonata za baterije. Posljednjih godina cijena je porasla gotovo tri puta, što je uvelike povećalo troškove nabave kineskih proizvođača litij baterija. S jedne strane, eliminacija energetskih litij baterija je dragocjeni “urbani rudnik”. Sadržaj metala je mnogo veći od sadržaja rude, litija, kobalta, nikla i drugih plemenitih metala. Recikliranje i recikliranje mogu poboljšati učinkovitost korištenja resursa, smanjiti uvoz i smanjiti eksternu. Ovisiti o i zaštititi sigurnost nacionalne strategije resursa. Zhang Tianren je rekao da će, s druge strane, iz perspektive sprječavanja onečišćenja i zaštite okoliša, ako se odbačene litijeve baterije ne odlože na odgovarajući način, one će također uzrokovati veliku štetu ekološkom okolišu.

Kako bi se bolje promovirao oporavak i ponovna upotreba litijevih baterija za nova energetska vozila, zaštitio ekološki okoliš i osigurala sigurnost nacionalnih strateških resursa, postoje tri važna pitanja: nesavršen sustav recikliranja, nezrela tehnologija regeneracije i slaba mehanizam poticaja. Nekoliko aspekata iznijelo je prijedloge za promicanje zdravog i održivog razvoja automobilske industrije nove energije u mojoj zemlji.

Ubrzavanje razvoja standarda i objedinjavanje standarda upravljanja temelj su za obavljanje povezanih poslova. Predložio je da nadležni odjeli ubrzaju formulaciju standarda upravljanja, tehničkih standarda i standarda evaluacije za recikliranje i ponovnu uporabu iskorištenih baterija. Potaknuti regije s industrijskim prednostima da formuliraju nove planove za nadzor, oporavak i recikliranje novih energetskih litijevih baterija i provedbene mjere, te kroz preliminarne pilote istražuju nacionalne provedbene mjere koje su više u skladu s industrijskim stvarnostima i koje su operativnije.