Zespół badawczy Li Mingtao ze Szkoły Inżynierii Chemicznej Uniwersytetu Xi’an Jiaotong dokonał przełomu w zastosowaniu baterii litowo-siarkowych, projektując i rozwijając materiał katodowy z dwuwymiarową warstwą ochronną z grafenu. Ten materiał katodowy ma długą żywotność.

Interkalacja 2d G-C3N4/grafenowa kanapka tworzy wielowarstwową sieć rekina między dodatnią i ujemną elektrodą akumulatora. Może nie tylko blokować ruch polisiarczków między elektrodami dodatnimi i ujemnymi poprzez zastosowania fizyczne i chemiczne, ale także przyspieszać dyfuzję jonów litu, co znacznie wydłuża żywotność baterii.

W moim kraju rozwój akumulatorów litowo-siarkowych jest stosunkowo późny i nadal znajduje się na etapie badań laboratoryjnych i rozwoju, z niewielkimi praktycznymi zastosowaniami. Efekt wahadłowy spowodowany rozpuszczaniem się produktu pośredniego, siarczku litu, podczas procesu ładowania i rozładowywania akumulatorów litowo-siarkowych, jest uważany za kluczowy czynnik ograniczający jego praktyczne zastosowanie.

Były wiceprezes Qinghai Dr. Li Technician Technology powiedział kiedyś, że wahadłowiec kosmiczny z rozpuszczonym polisiarczkiem jest najważniejszym i najtrudniejszym problemem związanym z akumulatorem litowo-siarkowym, a związane z tym prace nad poprawą są wciąż na początkowym etapie, ale jest optymistą, że litowo-siarkowy baterie mogą być używane jako baterie wtórne. Przy dużej gęstości energetycznej ma szerokie perspektywy rozwoju.

W porównaniu z obecnym głównym nurtem trójskładnikowym NCM, teoretyczna energia właściwa baterii z katodą siarkową wynosi aż 2600 Wh/kg, czyli ponad dziesięciokrotnie więcej niż w przypadku obecnie szeroko stosowanej baterii litowej. Ponadto rezerwy siarki są obfite i niedrogie, co może przyczynić się do obniżenia ceny pojazdów elektrycznych zasilanych bateriami litowymi.

W 2016 r. Narodowa Komisja ds. Rozwoju i Reform zaproponowała przełom w technologii akumulatorów litowo-siarkowych o gęstości energii 300Wh/kg w „Planie działania na rzecz rewolucji i innowacji w dziedzinie technologii energetycznych (2016-2030)”.

W przeciwieństwie do tego, zgodnie z wydanymi w 2017 r. działaniami na rzecz promocji rozwoju energetyki samochodowej oraz średnio- i długoterminowym planem rozwoju przemysłu motoryzacyjnego, do 300 r. stosunek jednej maszyny może osiągnąć ponad 2020 Wh/kg, a stosunek pojedynczej maszyny może osiągnąć 500Wh do 2025 r. /kg powyżej. Teoretyczna gęstość energii baterii litowo-siarkowych jest większa niż 500Wh/kg, dlatego uważa się, że jest to kierunek rozwoju następnej generacji systemów baterii litowych mocy po bateriach litowych.

W celu rozwiązania praktycznych problemów w stosowaniu akumulatorów litowo-siarkowych, w tym zespół Qian Hanlin z Uniwersytetu Nauki i Technologii Chin, zespół Wang Haihui z South China University of Technology, zespół Qingdao Energy and Energy Storage Materials Advanced Zespół badawczy ds. technologii Chińskiej Akademii Nauk, nasz zespół badawczy Xiamen University Chemical Nan Fengzheng oraz zespół badawczy Shanghai Jiaotong University Wang dokonał przełomowych postępów.

W październiku 2018 r. profesor Wang, Yitaiqian i różne Uniwersytety Nauki i Technologii w Chinach (Uniwersytet Nauki i Technologii) stwierdzili, że dynamiczna wydajność położenia środkowego w paśmie p elektronów walencyjnych w stosunku do poziomu Fermiego jest ważnym czynnikiem w li Baterie -S Interfejs reakcji przeniesienia elektronu. Naukowcy odkryli, że materiał przenoszący siarkę na bazie kobaltu o najmniejszej polaryzacji dodatniej i najlepszym współczynniku wydajności ma pojemność 417.3 Mahg-1 nawet w temperaturze 40.0°C, co odpowiada obecnej największej gęstości mocy wynoszącej 137.3 kWkg-1. Wyniki badań zostały opublikowane w „Joule”, międzynarodowym czasopiśmie o doskonałych materiałach energetycznych.

Akumulator litowo-siarkowy to układ dodatniego akumulatora litowo-metalowego z siarką jako elektrodą dodatnią. Aby rozwiązać problem bezpieczeństwa dendrytów Li wytwarzanych w metalowej elektrodzie dodatniej na Uniwersytecie Jiaotong w Szanghaju, zespół Wang przygotował nowy rodzaj roztworu elektrolitu baterii litowej (za pomocą podwójnego fluorosulfonimidu litu rozpuszcza się w fosforanie trietylu i fluoroeterze o wysokiej temperaturze zapłonu w celu uzyskania nasyconego elektrolitu) . W porównaniu z elektrolitem o wysokim stężeniu, nowy elektrolit ma niski koszt i niską lepkość, poprawia ochronę metalowej elektrody Li, może skutecznie usuwać dendryty elektrody Li i eliminuje potencjalne zagrożenia bezpieczeństwa. Jednocześnie poprawia się bezpieczeństwo i wydajność elektrochemiczna w warunkach wysokiej temperatury powyżej 60°C.

Oprócz badań naukowych firmy akumulatorowe wykorzystują również baterie litowo-siarkowe jako jedną ze swoich rezerw technicznych, aktywnie domagając się przełomów technologicznych. Wśród tych spółek giełdowych, China Nuclear Titanium Dioxide, Tibet Urban Investment, Jinlu Group, Guoxun High-tech, Dream Vision Technology i inne firmy wdrożyły projekty akumulatorów litowo-siarkowych.

Chociaż akumulatory litowo-siarkowe mają pewne problemy w procesie osiągania idealnej gęstości energii, istnieją wyższe wymagania dotyczące grubości niektórych zastosowań akumulatorów, takich jak bezzałogowe statki powietrzne (UAV), okręty podwodne i torby transportowe dla żołnierzy. W przypadku zasilaczy do innych celów, ponieważ waga jest ważniejsza niż cena czy żywotność, zaczęto wykorzystywać baterie litowo-siarkowe. Nowa bateria litowo-siarkowa opracowana przez brytyjską firmę start-up Oxis Energy może magazynować prawie dwa razy więcej energii na kilogram akumulatorów litowych stosowanych obecnie w pojazdach elektrycznych. Jednak nie mogą one trwać długo i ulegną awarii po około 100 cyklach ładowania i rozładowania. Celem małej pilotażowej fabryki Oxis jest produkcja od 10,000 20,000 do 85 XNUMX akumulatorów rocznie. Podobno bateria jest zapakowana w cienką torbę wielkości telefonu komórkowego. Dlaczego musimy jak najszybciej promować regenerację i recykling baterii litowych mocy? Chociaż zasoby litu w moim kraju zajmują czwarte miejsce na świecie, ze względu na słabą jakość rudy litu, trudność oczyszczania i wysokie koszty, co roku importuje się duże ilości rudy litu, a stopień uzależnienia od zagranicy przekracza XNUMX% . Ponadto chiński popyt spowodował gwałtowny wzrost cen węglanu litu do akumulatorów. W ostatnich latach cena wzrosła prawie trzykrotnie, co znacznie zwiększyło koszty zakupu chińskich producentów baterii litowych. Z jednej strony eliminacja mocy baterii litowych to cenna „miejska kopalnia”. Zawartość metali jest znacznie wyższa niż rudy, litu, kobaltu, niklu i innych metali szlachetnych. Recykling i recykling mogą poprawić efektywność wykorzystania zasobów, zmniejszyć import i ograniczyć zewnętrzne Zależy od i chronić bezpieczeństwo krajowej strategii zasobów. Zhang Tianren powiedział, że z drugiej strony, z punktu widzenia zapobiegania zanieczyszczeniom i ochrony środowiska, jeśli zużyte baterie litowe nie zostaną prawidłowo zutylizowane, spowodują również ogromne szkody dla środowiska ekologicznego.

Aby lepiej promować odzyskiwanie i ponowne wykorzystanie baterii litowych do nowych pojazdów energetycznych, chronić środowisko ekologiczne i zapewnić bezpieczeństwo krajowych zasobów strategicznych, istnieją trzy ważne kwestie: niedoskonały system recyklingu, niedojrzała technologia regeneracji i słaba mechanizm motywacyjny. Kilka aspektów przedstawiło sugestie mające na celu promowanie zdrowego i zrównoważonego rozwoju przemysłu motoryzacyjnego w moim kraju o nowej energii.

Przyspieszenie rozwoju standardów i ujednolicenie standardów zarządzania to podstawa prowadzenia prac z tym związanych. Zasugerował, aby odpowiednie departamenty przyspieszyły formułowanie standardów zarządzania, standardów technicznych i standardów oceny dotyczących recyklingu i ponownego użycia zużytych baterii. Zachęcaj regiony o zaletach przemysłowych do formułowania nowych planów nadzoru, odzysku i recyklingu baterii litowych oraz środków wdrożeniowych, a poprzez wstępne pilotaże zbadaj krajowe środki wdrożeniowe, które są bardziej zgodne z realiami branży i są bardziej funkcjonalne.