Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Recykling akumulatorów litowo-jonowych na potrzeby gospodarki o obiegu zamkniętym

Charzewska Karolina

Wiadomości Chemiczne

|

2022

|

[Z] 76, 1-2

59--78

EN

Recycling of lithium-ion batteries is a response to the exploitation of natural resources of elements necessary for the production of energy storage devices and the desire to close the cycle of elements by reducing their loss. The replacement of fossil fuels by renewable energy sources will require batteries capable of storing significant amounts of energy. The effects of scientific projects on this subject are not limited to the research sphere, but have real economic, political and social consequences: independence from the supply of raw materials from distant areas or reduction of human rights violations in the case of conflict elements. Ethical and ecological supply of elements is regulated by the EU and the US, among others. Based on these premises, the article collects information on the recycling process and production of lithium-ion cells in order to illustrate the current market situation and highlight places where there are opportunities to introduce new solutions or improve processes with emphasis on the model of a circular economy.

2

Wykorzystanie produktów przerobu smoły koksowniczej do otrzymywania materiału na anody akumulatorów Li-ion

Robak Zbigniew, Muzyka Roksana, Wojtaszek Małgorzata

Energetyka

|

2020

|

nr 1

32--37

PL

Przedstawiono wyniki badań potwierdzających przydatność smoły koksowniczej do otrzymywania mezofazy sferycznej, która może być wykorzystywana do produkcji materiału na anody baterii litowo-jonowych. Pak węglowy, otrzymywany z destylacji smoły koksowniczej spełniającej określone kryteria, poddany termopreparacji w określonych warunkach tworzy anizotropowe struktury mezofazy, które można wyekstrahować z izotropowej masy paku otrzymując mezofazę sferyczną. Poddana grafityzacji i odpowiedniej modyfikacji właściwości mezofaza sferyczna stanowić może wartościowy, produkowany masowo z tanich surowców, materiał do budowy baterii litowo-jonowych. Grafityzowana mezofaza sferyczna stosowana w technologii baterii litowo-jonowych w miejsce grafitu naturalnego stwarza możliwości istotnego powiększenia skali produkcji przy jednoczesnym obniżeniu jej kosztów.

EN

The results confirming the usefulness of coal tar for obtaining the mesophase microbeads (MCMB), material for production of Li-ion battery anodes, were presented. Coal tar pitch, obtained from distillation of coal tar, that meets the specific criteria, processed thermally in specified conditions, creates anisotropic structures of mesophase that can be extracted from the isotropic mass of pitch to obtain a mesocarbon microbeads. Mesocarbon microbeads after graphitization and modification of properties are a valuable, cheap material for mass production of anodes of lithium-ion batteries. Graphitized mesocarbon microbeads used in Li-ion battery technology, in place of natural graphite, give a real possibility for significant increase of the production scale as well as for reduction of costs.

3

Otrzymywanie oraz właściwości fizykochemiczne xLi2MnO3•(1-x)LiMO2 - wysokonapięciowych materiałów katodowych dla ogniw Li-ion

Redel K., Kulka A., Ziąbka M., Molenda J.

Materiały Ceramiczne

|

2018

|

T. 70, nr 1

3--12

PL

W pracy przedstawiono warunki wysokotemperaturowej syntezy materiałów katodowych na bazie Li2MnO3 oraz 0,9Li2MnO3∙0,1LiMn1-yNiyO2 (0,1 ≤ y ≤ 0,9). Wykonano badania XRD, określono strukturę krystaliczną oraz skład fazowy otrzymanych proszków, a także zbadano ich mikrostrukturę za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Określono także zmiany wielkości cząstek wraz ze wzrostem zawartości niklu w badanych materiałach. W celu wykonania pomiarów elektrochemicznych skonstruowano ogniwa o schemacie Li/Li+/Li2MnO3 oraz Li/Li+/0,9Li2MnO3•0,1LiMn1-yNiyO2 (0,1 ≤ y ≤ 0,9), a następnie wykonano testy cyklicznego ładowania i rozładowania ogniwa. Określono pojemności właściwe oraz stabilność materiałów podczas pracy ogniwa pod obciążeniem prądowym C/20, C/10 i C/5 w zakresie napięć od 2,0 V do 4,8 V. Najwyższe pojemności rozładowania odnotowano dla składu 0,9Li2MnO3•0,1LiMn0,1Ni0,9O2. Dla tego materiału zaobserwowano również redukcję nieodwracalnego spadku pojemności podczas pierwszego cyklu ładowania.

EN

The work presents the description of high temperature solid-state reaction synthesis cathode materials based on Li2MnO3 and 0.9Li2MnO3•0.1LiMn1-yNiyO2 (0.1 ≤ y ≤ 0.9). The crystal structure and phase composition of the synthesized materials were examined by the XRD technique. To characterize the microstructure a scanning electron microscope SEM was used. Changes of the particle size with increase of the nickel content in tested materials were also determined. In order to perform electrochemical measurement, the Li/Li+/Li2MnO3 and Li/Li+/0.9Li2MnO3•0.1LiMn1-yNiyO2 cells were prepared, followed by a cyclic charge and discharge test. Specific capacity and stability were examined during the charge and discharge cycles at a current rate of C/20, C/10 and C/5 in a voltage range of 2.0-4.8 V. The highest discharge capacity was found for the composition 0.9Li2MnO3•0.1LiMn0.1Ni0.9O2. For this material, a reduction of the irreversible capacity decrease during the first charging was also observed.

4

Li-ion electrode nanocomposites with self-assembled conductive carbon layers

Molenda M., Świder J., Świętosławski M., Kochanowski A.

Polimery

|

2017

|

T. 62, nr 7-8

532--538

EN

Basing on the developed and patented technology the nanocomposite cathodes were successfully prepared in a simple and inexpensive process of wet impregnation of polymer carbon precursor followed by controlled pyrolysis. Conductive carbon layers (CCLs) derived from hydrophilic polymers in solvent-free water mediated process, significantly enhances electrical conductivity of the material and improves its thermal properties, moreover the unique pore structure of CCLs assures easy lithium ions diffusion. Proposed solution allows to explore the potential of active material and improves overall performance of Li-ion batteries.

PL

Na podstawie opracowanej i opatentowanej technologii otrzymano nanokompozyty elektrodowe Li-ion. Nieskomplikowany i niedrogi proces wytwarzania przewodzących warstw węglowych (CCL) polegał na depozycji w środowisku wodnym prekursora węglowego na powierzchni ziaren materiału aktywnego, a następnie na kontrolowanej jego pirolizie. Otrzymane powłoki węglowe z hydrofilowych polimerów w istotnym stopniu polepszają właściwości elektryczne i termiczne kompozytów elektrodowych, a jednocześnie zapewniają kanały transportu (dyfuzji) jonów litu przez powłokę węglową. Zaproponowane rozwiązanie umożliwia pełne wykorzystanie korzystnych właściwości materiału aktywnego i poprawia ogólne parametry pracy ogniw litowo-jonowych.

5

Composite polymer electrolytes with modified mesoporous silica filler for Li-ion batteries

Osińska-Broniarz M., Pokora M., Walkowiak M., Martyła A.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 3

124--129

EN

Dispersing fine ceramic particles in polymer matrices has proved to be one of the most effective ways of enhancing key structural and electrochemical parameters of polymer electrolytes for rechargeable lithium batteries. It is now widely recognized that the phase composition, morphology and surface chemistry of the filler all exert a clear impact on the way it interacts with the polymer host, thus contributing to the final outcome in terms of ionic mobility, thermal, mechanical, chemical and electrochemical stability in lithium cells. In the present contribution we manufactured microporous polymer membranes based on copolymer poly(vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) (PVdF/HFP) using a two-step approach originally proposed by Bellcore. A mesoporous silica filler MCM-41 was synthesized and functionalized with chlorosilane. After the effect of functionalization was verified by means of FTIR spectroscopy, the fillers were incorporated in the polymer matrices and the resulting dry composite membranes showed a well-developed porous structure and a high ability to absorb liquid media with the formation of stable gels. The good physical properties of the membranes were attributed to the enhanced compatibility of the filler with the fluoropolymer matrix. The composite gel electrolytes were prepared by soaking the dry membranes with a conventional lithium cation conducting liquid electrolyte and their electrochemical characteristics were determined in terms of the temperature dependence of ionic conductivity and electrochemical window. During the experimental studies we observed high conductivities at room temperatures exceeding about 2*10‒3 S/cm and decidedly better anodic stability for composite gel electrolytes with an addition of mesoporous silica with and without surface modification.

PL

Ciągły rozwój technologiczny, którego konsekwencją jest wzrastająca liczba wykorzystywanych przez nas urządzeń elektronicznych, wymusza poszukiwanie coraz to nowszych rozwiązań konstrukcyjnych i technologicznych chemicznych źródeł prądu umożliwiających ich zasilanie. Akumulatory litowo-jonowe cechują się, jak dotychczas, największą wśród obecnie znanych ogniw żywotnością cykliczną oraz pojemnością w stosunku do ich ciężaru. Jednakże stosowane w nich ciekłe elektrolity organiczne powodują, że akumulatory tego rodzaju nie są w stanie zapewnić odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa użytkowania i pojemności ogniw, stąd od kilkudziesięciu lat prowadzone są intensywne badania dotyczące zastąpienia tradycyjnych akumulatorów litowych z ciekłym elektrolitem akumulatorami litowo-polimerowymi, w których ciekły elektrolit zastąpiony zostaje przez elektrolit żelowy czy też polimerowy. Aby umożliwić zastosowanie tego typu elektrolitów w praktycznych układach, stosuje się kolejne modyfikacje prowadzące do poprawy parametrów użytkowych poprzez dodawanie do matryc polimerowych różnego typu wypełniaczy ceramicznych. Przedmiotem naszych badań była charakterystyka fizykochemiczna i elektrochemiczna kompozytowych żelowych elektrolitów polimerowych o różnej budowie matrycy polimerowej i wykorzystaniu do ich wytwarzania wypełniaczy w postaci mezoporowatej czystej krzemionki MCM-41 oraz modyfikowanej powierzchniowo krzemionki MCM-41 z wykorzystaniem chlorosilanu. Badania wykazały znaczną poprawę przewodnictwa właściwego dla kompozytowych żelowych elektrolitów polimerowych, w stosunku do układów pozbawionych wypełniacza, jak również kompozytowe elektrolity polimerowe cechowały się wyższą stabilnością względem anody litowej, co prognozuje możliwość aplikacyjnego ich wykorzystania jako elektrolitów w ogniwach litowo-polimerowych.

6

Akumulatory litowe jako współczesne systemy magazynowania energii

Bakierska M., Chojnacka A.

Wiadomości Chemiczne

|

2014

|

[Z] 68, 9-10

856--871

EN

Due to the need for comprehensive management of energy resources, the storage of energy becomes an increasingly important issue. From the analysis of the advantages and drawbacks of all methods of energy storage, reversible electrochemical cells seem to be the most effective. Among them, rechargeable lithium batteries are characterized by high energy density (Fig. 1), high voltage and good cyclic stability [7]. Thus, they have been a dominant technology of energy storage systems for over a decade. It is expected that market demand for Li-Ion cells in the coming years will grow at a rapid rate, as a result of their widespread use inter alia in portable electronic devices such as mobile phones, smartphones, tablet PCs and laptops (Fig. 2) [9]. This article presents the characteristics of lithium batteries. The most commonly used cathode material in Li-Ion battery is layered cobalt oxide (130 mAh/g). However, it is expensive and toxic material, thus manganese-based compounds (LiMnO2, LiMn2O4), polyanionic olivine structured materials (LiFePO4) and silicates Li2MSiO4 (M = Mn, Co, Fe) gain an increasing interest. Due to the presence of two lithium ions in the structure of silicates, these materials have a high theoretical capacity, reaching about 300 mAh/g (Tab. 2) [1, 7–9, 11, 12]. Commercially used anode material is graphite (372 mAh/g). Nevertheless, scientists are still looking for new anode materials with a higher gravimetric capacity. Researches are primarily focused on modifications of the graphite or the use of lithium alloys with other elements (Sn, Al, Si) (Tab. 3) [1, 9, 12, 14, 15]. In the Lithium-Ion cells only non-aqueous solutions are used in the character of electrolytes. As a best material, the inorganic electrolyte lithium salts (such as LiBr, LiAsF6, LiPF6, LiBF4, etc.) soluble in organic solvents are used [1, 2, 7, 8]. However, the study on alternative solutions (polymer electrolytes) is very important. Continuous technological progress makes the research on improving the reversible electrochemical cells necessary to fulfill the expectations of users in order to improve the quality of their lives.

7

Opracowanie procedury otrzymywania kompozytów LiFePO4-C o wysokiej aktywności elektrochemicznej w ogniwach typu Li-ion

Baster D., Zając W., Molenda J.

Materiały Ceramiczne

|

2013

|

T. 65, nr 1

76--80

PL

W pracy przedstawiono opis syntezy nanometrycznego LiFePO4 oraz przygotowania na jego bazie kompozytu z dodatkiem węgla do zastosowania jako materiał katodowy w ogniwach Li-ion. Badano trzy metody wprowadzania dodatku węglowego: rozcieranie w moździerzu, mielenie w młynie oraz pirolizę żywicy nowolakowej. Na bazie otrzymanych kompozytów przygotowano ogniwa elektrochemiczne typu Li|Li+|LixFePO4. Dla tak skonstruowanych ogniw wyznaczono charakterystyki woltamperometryczne, pojemność właściwą materiału katodowego, odwracalność pracy ogniwa oraz stabilność podczas cyklicznego ładowania i rozładowania. W przypadku zastosowania materiału uzyskanego przez rozcieranie w moździerzu uzyskano ogniwa o napięciu ładowania i rozładowania odpowiednio 3,46 V i 3,50 V, pojemności rozładowania 166 mAh•g-1, odwracalności około 98% i stabilnej pracy w ciągu pierwszych dziesięciu cykli ładowania-rozładowania.

EN

This work presents procedures of the nano-sized LiFePO4 synthesis and preparation of LiFePO4-based composite cathode material with carbon addition for Li-ion batteries. Three methods of preparing the LiFePO4-C composite materials were investigated: grinding in an agate mortar, mechanical milling and pyrolysis of novolac resin. The obtained powders were applied as cathode materials in Li|Li+|LixFePO4-type cells. Cyclic voltammetry, specific capacity of the cathode material, reversibility and stability during charge-discharge cycles measurements were carried out to characterize electrochemical properties of the cells. The LiFePO4-C cathode material prepared by grinding in the mortar showed stable voltage of 3.46–3.50 V during charge and discharge cycling. The discharge capacity was about 166 mAh•g-1 with reversibility around 98% and high stability of capacity within the first ten cycles.

8

Insercja litu w materiały kompozytowe krzem/grafit otrzymane w wyniku mielenia wysokoenergetycznego

Lota G., Walkowiak M., Lota K

Chemik

|

2013

|

Vol. 67, nr 11

1130--1137

PL

Kompozyty grafit/krzem mogą być stosowane jako elektrody ujemne w akumulatorach litowo-jonowych. Kompozyty zawierające dodatek krzemu w ilości od 5 do 50% zostały przygotowane w procesie mielenia wysokoenergetycznego i przebadane w celu określenia ich właściwości fizykochemicznych. Wykazano degradacyjny wpływ mielenia na strukturę obu komponentów kompozytu, co powodowało wzrost nieodwracalnej pojemności materiałów kompozytowych. Materiał kompozytowy zawierający 20% krzemu charakteryzował się najwyższymi pojemnościami, ok. 300 mAh•g-1 w 50. cyklu wyładowania. Wzrost pojemności takiej elektrody uzyskano dzięki ograniczeniu potencjału końca ładowania (EOCP) do 15 mV vs Li/Li+.

EN

Graphite/silicon composites have been prepared by a high energy ball milling. Si content varied from 5 to 50% in relation to the whole material. All composites have been characterized physicochemically by X-ray diffraction and SEM observations. Impact of ball-milling on the formation of C/Si composites and structural degradation of their components has been studied and discussed. It has been demonstrated that ball-milling process generates a high degree of structural disorder in single components as well as in composites which is evidenced by a high irreversible capacities observed in electrochemical experiments. Composite anode material with 20% content of silicon seems to be optimal from all the tested samples, delivering the reversible capacity of 293 mAh/g in 50th charge/ discharge cycle. Improved cyclic performance has been observed when electrochemical lithium insertion cut-off voltage was set as 15 mV vs. Li/Li+.

9

Badania nad zagospodarowaniem odpadów niebezpiecznych. Cz. 2

Kozłowski J., Mikłasz W., Lewandowski D., Czyżyk H.

Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska

|

2013

|

Vol. 15, nr 2

77--81

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań mechanicznego przerobu odpadów akumulatorów Li-Ion i Ni-MH z telefonów komórkowych z otrzymaniem frakcji masy anodowo-katodowej do przerobu hydrometalurgicznego. Przedstawiono również wyniki przetopu masy anodowo-katodowej z otrzymaniem stopu Co-Ni i Ni-Co. Prace badawcze prowadzono w IMN Gliwice w ramach projektu kluczowego nr POIG.01.01.02-00-015/09-00 oraz pracy statutowej.

EN

This paper results of mechanical processing of the scrapped Li-Ion and Ni-MH batteries from mobile phones, from which the anode-cathode mass was obtained for hydrometallurgical processing, have been presented. Besides, results from smelting the anode-cathode mass enabling production of the Co-Ni and Ni-Co alloys are given.

10

Chemiczna modyfikacja powierzchni LiFePO4 dla uzyskania materiału katodowego dla ogniw litowych o wysokiej pojemności

Baster D., Zając W., Molenda J.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2012

|

R. 109, z. 9-M

23--31

PL

W artykule przedstawiono opis syntezy nanometrycznego LiFePO4 oraz metodę chemicznej modyfikacji powierzchni w celu uzyskania materiału katodowego dla ogniw typu Li-ion o wysokiej pojemności. Modyfikacja powierzchni polegała na poddaniu wyjściowego materiału działaniu atmosfery redukcyjnej (mieszanina Ar-H2) w temperaturze 300°C. Przygotowane materiały katodowe użyto do konstrukcji ogniw o schemacie Li/Li+/LixFePO4. Najlepsze uzyskane ogniwa charakteryzowały się pojemnością rozładowania 158 mAh·g-1 w ciągu 10 pierwszych cykli pracy przy odwracalności wynoszącej 0,99.

EN

In this work, we presented a procedure of synthesis of the nano-sized LiFePO4 and method of chemical surface modification in order to obtain cathode material for Li-ion batteries with high discharge capacity. The surface modification of LiFePO4 were performed by annealing in reducing atmosphere (Ar-H2 mixture) at 300°C. The LiFePO4 powders were used as cathode material in Li+/LixFePO4 cells. They exhibited high discharge capacity around 158 mAh·g-1 in first 10 cycles and excellent cyclic ability around 0.99.

11

Nowatorskie polimery podandowe jako stałe elektrolity dla akumulatorów Li-ion

Osińska M., Walkowiak M., Gierczyk B.

Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej. Budowa Maszyn i Zarządzanie Produkcją

|

2010

|

Nr 12

269-276

PL

W artykule opisano syntezę i wykonano krótką charakterystykę właściwości elektrochemicznych nowego typu przewodzącego elektrolitu polimerowego opartego na kationach litu. Na drodze Jcatalitycznej hydrosylilacji z użyciem polisiloksanu i trójpodandów krzemowych z grupami winylowymi otrzymano poli(2-tris(2-metoksyetoksy)sililoetylo)metylosiloksan o średniej masie molowej 11 102. Na bazie otrzymanego związku wykonano elastyczne membrany elektrolitowe, poprzez rozpuszczenie w matrycy polimeru podandowego soli litu (LiNTf2). Opisany polimer jest : interesującym przykładem matrycy przewodzącej dla kationów i może stanowić podstawę do wytworzenia wysokoprzewodzących elektrolitów polimerowych dla akumulatorów litowych.

EN

The aim of this work was to present new polymeric host for Li+ cation conducting polymer electrolytes. Poly(methyl(2-tris(2-methoxyethoxy)sill)etyl)siloxane, average molar mass 11 102 ; has been synthesized by catalytic hydrosylilation reaction between a polysiloxane and appropriate ' vinyl-functionalized tripodand-type silane. On the basis of the obtained macromolecule a flexible polymer electrolyte membranes have been prepared by dissolving appropriate amount of lithium salt (LiNTf2) in the polymer matrix. Relation between the molecular structure and lithium cation conduction mechanism has been studied and discussed in terms of temperature dependence of specific conductivity and lithium cation transport number. The proposed concept has a potential for further development by changing the length of polysiloxane backbone or polyether chains of-the podand centers.

12

Nowe rodzaje baterii elektrochemicznych i supekondensatory - perspektywy zastosowania w energetyce

Nowak M.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2008

|

R. 84, nr 2

1-7

PL

Nowoczesne systemy energetyczne muszą być wyposażane w coraz większą ilość urządzeń do magazynowania energii elektrycznej co jest uzasadnione potrzeba coraz bardziej niezawodnego zasilania licznych grup wrażliwych odbiorników. Wśród licznych typów magazynów baterie ołowiowo kwasowe stanowią dominująca grupę. Artykuł prezentuje stan rozwoju kilku innych interesujących typów nowych rodzajów baterii elektrochemicznych (NiMh, Li-Ion, gorące ogniwa-NiNaCl), które mogą być konkurencyjne do dotychczas stosowanych. Przedstawiono porównanie podstawowych wskaźników oraz objaśniono podstawy budowy tych baterii. Ponadto przedstawiono budowę oraz właściwości superkondensatorów podobnych w swych właściwościach do baterii. Przy omawianiu właściwości baterii podano przykłady kilku projektów rozwojowych zorientowanych na zastosowanie nowych typów baterii jako magazynów w systemach energetycznych.

EN

The state-of-the art power systems need more and more energy storage equipment in order to improve reliability of different sensible loads supply. Among many kinds of storage, contemporary lead acid batteries are, without a doubt, in the dominant position. The paper presents development on some other interesting types of electrochemical batteries, which in the nearest future will be able to challenge the existing ones in terms of the actually used storage. After comparison of the specific energy storage parameters of widely used lead-acid and nickel-cadmium batteries against some promising new types (i.e., NiMh, Li-Ion, and NiNaCl-hot batteries), a brief descriptions of construction and basic properties are provided respectively. Additionally, a presentation of ultracapacitors, which are similar to electrochemical batteries, has been added. In the presentation of the features of new batteries, some examples of research projects which are oriented on the applications of new batteries for the power system have been pointed out.

13

Electronic Aspect of Intercalation in Layered, Spinel and Olivine Type Cathode Materials

Molenda J.

Polish Journal of Chemistry

|

2004

|

Vol. 78 / nr 9

1413-1421

EN

The ability and efficiency of lithium intercalation into transition metal compounds has been found to depend strongly on their electronic structure. This work is a brief review of physicochemical properties of intercalated transition metal compounds with layered, spinel or olivine type structure in order to correlate their microscopic electronic properties i.e. the nature of electronic states with the efficiency of lithium intercalation process which is directed by the chemical diffusion coefficient of lithium. The data concerning cell voltages and character of discharge curves for various materials are correlated with the nature of chemical bonding and electronic structure. The nature of the metallic type conductivity of doped phospho-olivine is discussed and some fundamental arguments against the bulk nature of the observed high electronic conductivity are presented.