Forschung zur Batterieentwicklung
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Selektive Bildung von stickstoffdotiertem Graphen des Pyridintyps und seine Anwendung in Lithium-Ionen-Batterieanoden
Abstrakt
Wir berichten über eine ertragreiche einstufige Methode zur Synthese von stickstoffdotierten Graphen-Nanostreifen (N-GNSPs) mit einem beispiellos hohen Prozentsatz an pyridinischer Dotierung (>86% der Stickstoffstellen) und untersuchen die Leistung der resultierenden N-GNSPs als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien (LIB). Die gewachsenen N-GNSPs werden mit undotierten GNSPs mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM), Raman-Spektroskopie, Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS), Helium-Ionenstrahlmikroskopie (HIM) und elektrochemischen Methoden verglichen.
Als Anodenmaterial zeigen N-GNSPs vom Pyridin-Typ eine ähnliche Leistung wie undotierte GNSPs, was darauf hindeutet, dass pyridinische Stellen allein nicht für die in früheren Studien beobachtete verbesserte Leistung von stickstoffdotiertem Graphen verantwortlich sind, was gängigen Vermutungen widerspricht. Darüber hinaus wurden zum ersten Mal post-mortem XPS-Messungen an stickstoffdotiertem Graphen durchgeführt, das als Lithium-Ionen-Batterieanode zykliert wurde. Diese Ergebnisse liefern daher neue Einblicke in die mechanistischen Modelle von dotiertem Graphen als LIB-Anoden, die für die Verbesserung der Anodendesigns für eine bessere LIB-Leistung wichtig sind.
Referenz
Bagley, J. D., Kumar, D. K., See, K. A., & Yeh, N.-C. (2020). Selektive Bildung von stickstoffdotiertem Graphen vom Pyridin-Typ und seine Anwendung in Lithium-Ionen-Batterie-Anoden. RSC-Vorschüsse, 10(65), 39562-39571. https://doi.org/10.1039/d0ra06199a
Selektive Lithiumrückgewinnung und integrierte Herstellung hochreiner Lithiumhydroxidprodukte aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien
Abstrakt
In der vorliegenden Arbeit wird ein innovativer Weg zur selektiven Lithiumextraktion vorgestellt, gefolgt von der Herstellung von batteriegerechtem LiOH-H2O durch reduktive Wasserstoffröstung, Wasserauslaugung und LiOH-H2O-Kristallisation. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass während der anfänglichen Wasserstoffreduktionsphase fast 98% Li in lösliches LiOH-H2O mit H2 Reduktion bei 500 °C innerhalb von 15 Minuten, während Ni, Co, Mn sich alle in ihre entsprechenden unlöslichen Metalle oder deren Oxide umwandeln.
Folglich kann fast das gesamte im gerösteten Material vorhandene Li durch eine 10-minütige Wasserauslaugung bei 25 °C mit einem Flüssigkeits-Feststoff-Verhältnis (L/S) von 2 wirksam von anderen Verunreinigungen getrennt werden, so dass die Extraktion anderer Metalle wie Ni, Co, Mn < 0,1% beträgt. Nachfolgende Stufen ermöglichen hochreines LiOH-H2O (99,92%) direkt durch Verdampfung und Kristallisation zu gewinnen. Darüber hinaus werden Kathodenmaterialien für Batterien mit hohem Nickelgehalt (LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2) werden aus dem recycelten LiOH-H2O-Produkte und diese zeigen eine gute elektrochemische Leistung. Insgesamt kann dieses neu entwickelte, auf Wasserstoffreduktion basierende Verfahren eine einfachere, effizientere und umweltfreundlichere Methode für die Rückgewinnung wertvoller Metalle aus verbrauchten LIBs darstellen und bietet zudem ein großes Potenzial für ein unkompliziertes Recycling im industriellen Maßstab
Referenz
Liu, F., Peng, C., Ma, Q., Wang, J., Zhou, S., Chen, Z., Wilson, B. P., & Lundström, M. (2021). Selektive Lithium-Rückgewinnung und integrierte Herstellung von hochreinen Lithiumhydroxid-Produkten aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien. Abtrennungs- und Aufreinigungstechnologie, 259, 118181. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.118181