Дослідницька група Лі Мінтао зі Школи хімічної інженерії Сіаньського університету Цзяотун зробила прорив у застосуванні літій-сірчаних батарей, спроектувавши та розробивши катодний матеріал із двовимірним графеновим захисним шаром. Цей катодний матеріал має тривалий термін служби.

2d інтеркаляційний сендвіч G-C3N4/графен утворює багатошарову сітку акул між позитивним і негативним електродами батареї. Він може не тільки блокувати переміщення полісульфідів між позитивним і негативним електродами за допомогою фізичних і хімічних засобів, але також прискорює дифузію іонів літію, тим самим значно збільшуючи термін служби батареї.

У моїй країні розробка літій-сірчаних батарей відносно пізня, і вона все ще знаходиться на стадії лабораторних досліджень і розробок, з невеликою кількістю практичних застосувань. Човниковий ефект, викликаний розчиненням проміжного продукту сульфіду літію під час процесу зарядки та розрядки літій-сірчаних батарей, вважається ключовим фактором, що обмежує його практичне застосування.

Колишній віце-президент Qinghai Dr. Li Technician Technology одного разу сказав, що космічний човник із розчиненим полісульфідом є найважливішою та найскладнішою проблемою літій-сірчаної батареї, і пов’язані з цим роботи з покращення все ще знаходяться на початковій стадії, але він оптимістично налаштований, що літій-сірка батареї можна використовувати як вторинні батареї. Маючи високу щільність енергії, має широкі перспективи розвитку.

У порівнянні з нинішнім основним потрійним NCM, теоретична питома енергія сірчаної катодної батареї становить 2600 Вт·год/кг, що більш ніж у десять разів більше, ніж у широко використовуваної літієвої батареї. Крім того, запаси сірки є багатими і недорогими, що може допомогти знизити ціну на електромобілі, які живляться від літієвих батарей.

У 2016 році Національна комісія розвитку та реформ запропонувала прорив у технології літій-сірчаних батарей з щільністю енергії 300 Вт·год/кг у «Плані дій з революції та інновацій в енергетичних технологій (2016-2030)».

На відміну від цього, згідно з «Заходами щодо сприяння розвитку автомобільної енергетики» та Середньо- та довгостроковим планом розвитку автомобільної промисловості, опублікованим у 2017 році, коефіцієнт для однієї машини може досягти більше 300 Вт·год/кг до 2020 року, і коефіцієнт для однієї машини може досягти 500 Вт-год до 2025 р. /кг вище. Теоретична щільність енергії літій-сірчаних батарей перевищує 500 Вт·год/кг, тому це вважається напрямком розвитку наступного покоління систем літієвих батарей після літієвих.

З метою вирішення практичних проблем із застосуванням літій-сірчаних батарей, у тому числі команда Цянь Ханьлінь з Університету науки і техніки Китаю, команда Ван Хайхуя з Південно-Китайського технологічного університету, Циндао Energy and Energy Storage Materials Advanced Технологічна дослідницька група Китайської академії наук, наша команда з хімічного відділу Нань Фенчжен у Сяменському університеті та дослідницька група Ван Шанхайського університету Цзяотун досягли значних успіхів.

У жовтні 2018 року професор Ван, Ітайцянь і різні університети науки і техніки Китаю (Університет науки і техніки) виявили, що динамічні характеристики положення центру p-діапазону валентних електронів відносно рівня Фермі є важливим фактором для li -S батареї Реакція перенесення електронів інтерфейсу. Дослідники виявили, що матеріал на основі кобальту, що несе сірку, з найменшою позитивною поляризацією та найкращими показниками швидкості має потужність 417.3 Mahg-1 навіть при 40.0°C, що відповідає нині найвищій щільності потужності 137.3 кВт-кг-1. Результати дослідження були опубліковані в «Джоулі», міжнародному журналі чудових енергетичних матеріалів.

Літій-сірчана батарея – це система позитивного акумулятора з літієвої батареї з сіркою в якості позитивного електрода. Щоб вирішити проблему безпеки літій-дендритів, вироблених на металевому позитивному електроді в Шанхайському університеті Цзяотун, команда Вана підготувала новий тип розчину електроліту для літієвої батареї (з використанням подвійного фторсульфоніміду літію, розчиненого в триетилфосфаті і фторефірі з високою температурою спалаху для отримання насиченого електроліту). . У порівнянні з електролітом високої концентрації, новий електроліт має низьку вартість і низьку в’язкість, покращує захист металевого Li електрода, може ефективно видаляти дендрити Li електрода та усуває потенційну небезпеку. У той же час безпека та електрохімічні характеристики покращуються в умовах високих температур вище 60°C.

Крім наукових досліджень, акумуляторні компанії також використовують літій-сірчані батареї як один із своїх технічних резервів, активно вимагаючи технологічних проривів. Серед цих перерахованих компаній Китайська ядерна діоксид титану, Tibet Urban Investment, Jinlu Group, Guoxun High-tech, Dream Vision Technology та інші компанії розгорнули проекти літій-сірчаних акумуляторів.

Хоча літій-сірчані батареї мають певні проблеми в процесі досягнення ідеальної щільності енергії, існують більш високі вимоги до тонкості деяких застосувань акумуляторів, таких як безпілотні літальні апарати (БПЛА), підводні човни та сумки для перевезення солдатів. Для джерел живлення для інших цілей, оскільки вага важливіше ціни чи терміну служби, літій-сірчані батареї почали впроваджувати в практичне використання. Нова літій-сірчана батарея, розроблена британською стартап-компанією Oxis Energy, може зберігати майже вдвічі більше енергії на кілограм літієвих акумуляторів, які зараз використовуються в електромобілях. Однак вони не можуть прослужити довго і виходять з ладу приблизно через 100 циклів заряд-розряд. Метою невеликого пілотного заводу Oxis є виробництво від 10,000 20,000 до 85 XNUMX батарей на рік. Кажуть, що батарея упакована в тонкий пакет розміром з мобільний телефон. Чому ми повинні якнайшвидше сприяти регенерації та переробці літієвих батарей? Хоча ресурси літію моєї країни посідають четверте місце у світі, через поганий сорт літієвої руди, складність очищення та високу вартість щорічно імпортується велика кількість літієвої руди, а ступінь зовнішньої залежності перевищує XNUMX% . Крім того, китайський попит також спричинив зростання цін на карбонат літію для акумуляторів. За останні роки ціна зросла майже втричі, що значно збільшило витрати на закупівлю китайських виробників літієвих акумуляторів. З одного боку, ліквідація літієвих батарей є дорогоцінною «міською шахтою». Вміст металів набагато вище, ніж у руди, літію, кобальту, нікелю та інших дорогоцінних металів. Переробка та переробка можуть підвищити ефективність використання ресурсів, зменшити імпорт та зменшити зовнішню залежність та захистити безпеку національної ресурсної стратегії. Чжан Тяньрен сказав, що, з іншого боку, з точки зору запобігання забрудненню та захисту навколишнього середовища, якщо викинуті літієві батареї не утилізувати належним чином, вони також завдадуть великої шкоди екологічному середовищу.

Щоб краще сприяти відновленню та повторному використанню літієвих батарей для нових енергетичних транспортних засобів, захисту екологічного середовища та забезпечення безпеки національних стратегічних ресурсів, існують три важливі проблеми: недосконала система переробки, незріла технологія регенерації та слабка механізм стимулювання. Деякі аспекти висунули пропозиції щодо сприяння здоровому та сталому розвитку нової енергетичної автомобільної промисловості моєї країни.

Прискорення розробки стандартів та уніфікація стандартів управління є основою для проведення відповідних робіт. Він запропонував відповідним відомствам прискорити розробку стандартів управління, технічних стандартів та стандартів оцінки переробки та повторного використання використаних батарейок. Заохочуйте регіони з промисловими перевагами розробляти плани та заходи щодо нагляду за новими енергетичними літієвими батареями, відновлення та переробки, а також за допомогою попередніх пілотних заходів досліджувати національні заходи щодо впровадження, які більше відповідають реаліям галузі та є більш оперативними.