Zalety oraz wyzwania stosowania akumulatorów z katodą LFP

• Autorzy: Kalbarczyk Aneta , Zalewska Aldona , Marzantowicz Michał , Kalbarczyk Michał

Identyfikatory

DOI

10.33223/ZN/2024/07

Warianty tytułu

EN

Advantages and challenges of using batteries with an LFP cathode

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Poważne obawy związane ze zmianami klimatycznymi w połączeniu z wysokim poziomem ceny paliwa przyczyniają się do rozwoju badań nad nowymi magazynami energii oraz poszczególnymi komponentami magazynów, między innymi katod. Katoda wykonana z fosforanu litowo-żelazowego LiFePO4 (LFP) stosowana w bateriach magazynów ma bardzo duży potencjał, ponieważ posiada wiele zalet takich jak bezpieczeństwo, niska cena oraz nietoksyczność. W niniejszym rozdziale przedstawiono główne szanse oraz wyzwania związane ze stosowaniem tej katody w magazynach energii wraz z odpowiednimi badaniami literaturowymi. Zaprezentowano również typowe strategie zwiększające wydajność katody z LFP wraz z opisem poszczególnych strategii. W celu rozwoju rynku magazynów energii i upowszechnienia magazynów z katodą LFP niezbędne jest prowadzenie dalszych badań, które będą miały na celu głębsze zrozumienie korelacji kinetyki interkalacji litu w LFP z modyfikacją powierzchni katody.

EN

Serious concerns about climate change combined with high fuel prices contribute to the development of research on new energy storage facilities and individual storage components, including cathodes. The cathode made of LiFePO4 lithium iron phosphate (LFP) used in storage batteries has great potential because it has many advantages such as safety, low price and non-toxicity. This chapter presents the main opportunities and challenges related to the use of this cathode in energy storage, along with relevant literature research. Typical strategies to increase the cathode efficiency of LFP are also presented along with a description of each strategy. In order to develop the energy storage market and popularize of LFP storages, it is necessary to conduct further research aimed at a deeper understanding of the correlation between the kinetics of lithium intercalation in LFP and the modification of the cathode surface.

Słowa kluczowe

PL

odnawialne źródła energii; magazynowanie energii; magazyny energii; OZE; akumulatory; baterie jonowo-litowe

EN

renewable energy sources; energy storage; batteries; lithium-ion batteries

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 112
• Strony: 193--204
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kalbarczyk Aneta

• Politechnika Warszawska, Warszawa

• https://orcid.org/0000-0003-3116-6815

autor

Zalewska Aldona

• Politechnika Warszawska, Warszawa

• https://orcid.org/+0000-0002-9326-9505

autor

Marzantowicz Michał

• Politechnika Warszawska, Warszawa

• https://orcid.org/0000-0003-2427-5263

autor

Kalbarczyk Michał

• Solid Energy Group Sp. z o.o.

Bibliografia

• [1] Ahsan i in. 2020 – Ahsan, Z., Ding, B., Cai, Z., Yang, W., Ma, Y. i Zhang, S. 2020 – Recent Progress in Capacity Enhancement of LiFePO4 Cathode for Li-Ion Batteries. Journal of Electrochemical Energy Conversion and Storage 18(1), s. 1–54, DOI: 10.1115/1.4047222.
• [2] Chen i in. 2019 – Chen, Z., Zhang, W. i Yang, Z. 2019 – A review on cathode materials for advanced lithium ion batteries: microstructure designs and performance regulations. Nanotechnology 31(1), DOI: 10.1088/1361- 6528/ab4447
• [3] Chung i in. 2002 – Chung, S.-Y., Bloking, J.T. i Chiang, Y.-M. 2002 – Electronically Conductive Phospho-Olivines as Lithium Storage Electrodes. Nature Materials 1(2), s. 123–128, DOI: 10.1038/nmat732.
• [4] Croce i in. 2002 – Croce, F., D’Epifanio, A., Hassoun, J., Deptula, A., Olczac, T. i Scrosati, B. 2002 – A Novel Concept for the Synthesis of an Improved LiFePO4 Lithium Battery Cathode. Electrochemical Solid-State Letters 5(3), DOI: 10.1149/1.1449302.
• [5] Grey, C.P. i Hall, D.S. 2020 – Prospects for lithium-ion batteries and beyond – A 2030 vision. Nature Communications 11, DOI: 10.1038/s41467-020-19991-4.
• [6] Hsu i in. 2004 – Hsu, K.-F., Tsay, S.-Y. i Hwang, B.J. 2004 – Synthesis and characterization of nano-sized LiFePO4 cathode materials prepared by a citric acid-based sol–gel route. Journal of Materials Chemistry 14(17), DOI:10.1039/B406774F.
• [7] Infografika 2023 – [Online] https://nanoone.ca/technology/cathodes-infographic/ [Dostęp: 14.12.2023].
• [8] Julien i in. 2014 – Julien, C.M., Mauger, A., Zaghib, K. i Groult, H. 2014 – Comparative Issues of Cathode Materials for Li-Ion Batteries. Inorganics 2(1), s. 132–154, DOI: doi.org/10.3390/inorganics2010132.
• [9] Liu i in. 2021 – Liu, J., Wang, J., Ni, Y., Zhang, K., Cheng, F. i Chen, J. 2021 – Recent breakthroughs and perspectives of high-energy layered oxide cathode materials for lithium ion batteries. Materials Today 43, s. 132–165, DOI: 10.1016/j.mattod.2020.10.028.
• [10] Preger i in. 2020 – Preger, Y., Barkholtz, H.M., Fresquez, A., Campbell, D.L., Juba, B.W., Romàn-Kustas, J., Ferreira, S.R. i Chalamala, B. 2020 – Degradation of Commercial Lithium-Ion Cells as a Function of Chemistry and Cycling Conditions. Journal of The Electrochemical Society 167(12), DOI: 10.1149/1945-7111/abae37.
• [11] Preparation of Graphene-Modified LiFePO4 Cathode for Li-Ion Battery, FINAL REPORT 2020 – North Dakota, Department of Commerce Renewable Energy Program.
• [12] Qin i in. 2012 – Qin, X., Wang, J., Xie, J., Li, F., Wen, L. i Wang, X. 2012 – Hydrothermally synthesized LiFePO4 crystals with enhanced electrochemical properties: simultaneous suppression of crystal growth along [010] and antisite defect formation. Physical Chemistry Chemical Physics 14(8), s. 2669–2677, DOI: 10.1039/C2CP23433E
• [13] Ramasubramanian i in. 2021 – Ramasubramanian, B., Reddy, M.V., Zaghib, K., Armand, M. i Ramakrishna, S. 2021 – Growth Mechanism of Micro/Nano Metal Dendrites and Cumulative Strategies for Countering Its Impacts in Metal Ion Batteries: A Review. Nanomaterials 11(10), DOI: 10.3390/nano11102476.
• [14] Safari, M. i Delacourt, C. 2011 – Aging of a Commercial Graphite/LiFePO4 Cell. Journal of The Electrochemical Society 158(10), s. A1123–A1135, DOI: 10.1149/1.3614529.
• [15] Strobridge i in. 2016 – Strobridge, F.C., Liu, H., Leskes, M., Borkiewicz, O.J., Wiaderek, K.M., Chupas, P.J., Chapman, K.W. i Grey, C.P. 2016 – Unraveling the Complex Delithiation Mechanisms of Olivine-Type Cathode Materials, LiFexCo1–xPO4. Chemistry of Materials 28(11), s. 3676–3690, DOI: 10.1021/acs.chemmater.6b00319.
• [16] Wang, J. i Sun, X. 2012 – Olivine LiFePO4: the remaining challenges for future energy storage. Energy & Environmental Science 8, s. 1110–1138, DOI: 10.1039/c4ee04016c.
• [17] Wang i in. 2008 – Wang, Yonggang, Wang, Yarong, Hosono, E., Wang, K. i Zhou, H. 2008 – The Design of a LiFePO4/Carbon Nanocomposite With a Core–Shell Structure and Its Synthesis by an In Situ Polymerization Restriction Method. Angewandte Chemie International Edition 47, s. 7461–7465, DOI: 10.1002/anie.200802539.
• [18] Wu i in. 2011 – Wu, Y., Wen, Z. i Li, J. 2011 – Hierarchical Carbon-Coated LiFePO4 Nanoplate Microspheres with High Electrochemical Performance for Li-Ion Batteries. Advanced Materials 23(9), s. 1126–1129, DOI:10.1002/adma.201003713.
• [19] Xin i in. 2021 – Xin, Y.-M., Xu, H.-Y., Ruan, J.-H., Li, D.-C., Wang, A.-G. i Sun, D.-S. 2021 – A Review on Application of LiFePO4 based composites as electrode materials for Lithium Ion Batteries. International Journal of Electrochemical Science 16(6), DOI: 10.20964/2021.06.33.
• [20] Zhang i in. 2020 – Zhang, Z., Zou, Z., Zhang, S., Liu, J. i Zhong, S. 2020 – A review of the Doping Modification of LiFePO4 as a Cathode Material for Lithium Ion Batteries. International Journal of Electrochemical Science 15(12), s. 12041–12067, DOI: 10.20964/2020.12.71.
• [21] Zhu i in. 2014 – Zhu, J., Fiore, J., Li, D., Kinsinger, N.M., Wang, Q., DiMasi, E., Guo, J. i Kisailus, D. 2014 – Solvothermal Synthesis, Development, and Performance of LiFePO4 Nanostructures. Crystal Growth & Design 13(11), s. 4659–4666, DOI: 10.1021/cg4013312.
• [22] Zhu i in. 2021 – Zhu, S., Xu, Y. i Huang, A. 2021 – Improving Methods for better Performance of Commercial LiFePO4/C Batteries. International Journal of Electrochemical Science 16(5), DOI: 10.20964/2021.05.49.

Uwagi

Zagadnienia surowców energetycznych i energii w gospodarce krajowej. Bezpieczeństwo energetyczne Polski i UE w świetle obecnej sytuacji gospodarczej świata / red. tomu: Katarzyna Stala-Szlugaj, Zbigniew Grudziński