Raziskovalna skupina Li Mingtaoa s Šole za kemijsko inženirstvo Univerze Xi’an Jiaotong je naredila preboj pri uporabi litij-žveplovih baterij z načrtovanjem in razvojem katodnega materiala z dvodimenzionalno grafensko zaščitno plastjo. Ta katodni material ima dolgo življenjsko dobo.

2d interkalacijski G-C3N4/grafenski sendvič tvori večplastno mrežo morskih psov med pozitivno in negativno elektrodo baterije. Ne more samo blokirati gibanja polisulfidov med pozitivnimi in negativnimi elektrodami s fizično in kemično uporabo, ampak tudi pospeši difuzijo litijevih ionov in s tem močno podaljša življenjsko dobo baterije.

V moji državi je razvoj litij-žveplovih baterij sorazmerno pozen in je še vedno v fazi laboratorijskih raziskav in razvoja, z malo praktičnimi aplikacijami. Učinek shuttlea, ki ga povzroči raztapljanje vmesnega produkta litijevega sulfida med postopkom polnjenja in praznjenja litijevih žveplovih baterij, se šteje za ključni dejavnik, ki omejuje njegovo praktično uporabo.

Nekdanji podpredsednik Qinghai Dr. Li Technician Technology je nekoč dejal, da je vesoljski shuttle, raztopljen v polisulfidu, najpomembnejši in najtežji problem litij-žveplove baterije, in s tem povezana izboljšava so še v začetni fazi, vendar je optimističen, da je litij-žveplo baterije se lahko uporabljajo kot sekundarne baterije. Z visoko gostoto energije ima široke razvojne možnosti.

V primerjavi s trenutnim mainstream ternarnim NCM je teoretična specifična energija žveplove katodne baterije kar 2600 Wh/kg, kar je več kot desetkrat več kot trenutno široko uporabljena litijeva baterija. Poleg tega so zaloge žvepla obilne in poceni, kar lahko pomaga znižati ceno električnih vozil, ki jih poganjajo litijeve baterije.

Leta 2016 je Nacionalna komisija za razvoj in reforme predlagala preboj v tehnologiji litij-žveplovih baterij z energijsko gostoto 300 Wh/kg v “Akcijskem načrtu za revolucijo in inovacije energetske tehnologije (2016-2030)”.

Nasprotno pa v skladu z Akcijskimi ukrepi za pospeševanje razvoja avtomobilske energetike ter srednjeročnim in dolgoročnim načrtom razvoja avtomobilske industrije, objavljenim leta 2017, lahko razmerje enega stroja do leta 300 doseže več kot 2020 Wh/kg, in razmerje enega stroja lahko doseže 500 Wh do leta 2025./kg zgoraj. Teoretična energijska gostota litij-žveplovih baterij je večja od 500Wh/kg, zato velja za razvojno smer naslednje generacije sistemov močnostnih litijevih baterij po litijevih baterijah.

Da bi rešili praktične težave pri uporabi litij-žveplovih baterij, vključno z ekipo Qian Hanlin z Univerze za znanost in tehnologijo Kitajske, ekipo Wang Haihui s Tehnološke univerze Južne Kitajske, Qingdao Energy and Energy Storage Materials Advanced Tehnološka raziskovalna skupina Kitajske akademije znanosti, naša skupina Xiamen University Chemical Nan Fengzheng in raziskovalna skupina šanghajske univerze Jiaotong Wang je dosegla prebojni napredek.

Oktobra 2018 so profesor Wang, Yitaiqian in različne Univerze za znanost in tehnologijo Kitajske (Univerza za znanost in tehnologijo) ugotovili, da je dinamična zmogljivost središča p-pasovnega položaja valenčnih elektronov glede na raven Fermi pomemben dejavnik pri li -S baterije Vmesna reakcija prenosa elektronov. Raziskovalci so ugotovili, da ima material, ki nosi žveplo na osnovi kobalta, z najmanjšo pozitivno polarizacijo in najboljšo hitrostjo zmogljivosti 417.3 Mahg-1 tudi pri 40.0 °C, kar ustreza trenutni najvišji gostoti moči 137.3 kwkg-1. Rezultati raziskave so bili objavljeni v mednarodni reviji o odličnih energetskih materialih Joule.

Litij-žveplova baterija je pozitivna kovinska litijeva baterija z žveplom kot pozitivno elektrodo. Za rešitev varnostnega problema Li dendritov, proizvedenih v kovinski pozitivni elektrodi na univerzi Jiaotong v Šanghaju, je Wangova ekipa pripravila novo vrsto raztopine elektrolita litijeve baterije (z uporabo dvojnega litijevega fluorosulfonimida se raztopi v trietil fosfatu in fluoroetru z visokim plameniščem, da dobimo nasičen elektrolit) . V primerjavi z elektrolitom z visoko koncentracijo ima novi elektrolit nizko ceno in nizko viskoznost, izboljša zaščito kovinske Li elektrode, lahko učinkovito odstrani dendrite Li elektrode in odpravlja morebitne varnostne nevarnosti. Hkrati se varnost in elektrokemična zmogljivost izboljšata pri visokih temperaturah nad 60°C.

Baterijska podjetja poleg znanstvenih raziskav uporabljajo tudi litij-žveplove baterije kot eno svojih tehničnih rezerv, ki aktivno zahtevajo tehnološke preboje. Med temi podjetji, ki so na borzi, so China Nuclear Titanium Dioxide, Tibet Urban Investment, Jinlu Group, Guoxun High-tech, Dream Vision Technology in druga podjetja razvila projekte litij-žveplovih baterij.

Čeprav imajo litij-žveplove baterije nekaj težav pri procesu doseganja idealne gostote energije, obstajajo višje zahteve za tankost nekaterih aplikacij baterij, kot so letala brez posadke (UAV), podmornice in torbe za vojake. Za napajalnike za druge namene, saj je teža pomembnejša od cene ali življenjske dobe, so se začele uporabljati litij-žveplove baterije. Nova litij-žveplova baterija, ki jo je razvilo britansko zagonsko podjetje Oxis Energy, lahko shrani skoraj dvakrat več energije na kilogram litijevih baterij, ki se trenutno uporabljajo v električnih vozilih. Vendar ne morejo zdržati dolgo in ne bodo delovale po približno 100 ciklih polnjenja in praznjenja. Cilj Oxisove majhne pilotne tovarne je izdelati od 10,000 do 20,000 baterij na leto. Baterijo naj bi zapakirali v tanko vrečko velikosti mobilnega telefona. Zakaj moramo čim prej spodbujati regeneracijo in recikliranje močnih litijevih baterij? Čeprav so litijevi viri moje države četrti na svetu, se zaradi slabe kakovosti litijeve rude, težavnosti čiščenja in visokih stroškov vsako leto uvaža velika količina litijeve rude, stopnja odvisnosti od tujine pa presega 85 % . Poleg tega je kitajsko povpraševanje povzročilo tudi povišanje cen baterijskega litijevega karbonata. V zadnjih letih se je cena dvignila skoraj trikrat, kar je močno povečalo nabavne stroške kitajskih proizvajalcev litijevih baterij. Po eni strani je odprava močnih litijevih baterij dragocen »urbani rudnik«. Vsebnost kovin je veliko višja od vsebnosti rude, litija, kobalta, niklja in drugih plemenitih kovin. Recikliranje in recikliranje lahko izboljšata učinkovitost izkoriščanja virov, zmanjšata uvoz in zmanjšata zunanje Odvisnost in zaščito varnosti nacionalne strategije virov. Zhang Tianren je dejal, da bodo po drugi strani z vidika preprečevanja onesnaževanja in varovanja okolja, če zavržene litijeve baterije ne bodo pravilno odstranjene, povzročile veliko škodo tudi ekološkemu okolju.

Da bi bolje spodbujali predelavo in ponovno uporabo litijevih baterij za nova energetska vozila, zaščitili ekološko okolje in zagotovili varnost nacionalnih strateških virov, obstajajo tri pomembna vprašanja: nepopoln sistem recikliranja, nezrela tehnologija regeneracije in šibka spodbujevalni mehanizem. Več vidikov je dalo predloge za spodbujanje zdravega in trajnostnega razvoja nove energetske avtomobilske industrije moje države.

Pospeševanje razvoja standardov in poenotenje standardov upravljanja sta osnova za opravljanje sorodnih del. Predlagal je pristojnim službam, da pospešijo oblikovanje standardov upravljanja, tehničnih standardov in ocenjevalnih standardov za recikliranje in ponovno uporabo izrabljenih baterij. Spodbujati regije z industrijskimi prednostmi, da oblikujejo nove načrte za nadzor, predelavo in recikliranje ter izvedbene ukrepe za nadzor nad novimi energetskimi litijevimi baterijami ter s predhodnimi pilotnimi projekti raziščejo nacionalne izvedbene ukrepe, ki so bolj v skladu z realnostjo v industriji in so bolj operativni.