摘要 非洲农村地区的社会经济发展离不开适当的基础设施。而其中的关键就是电气化。尽管有各种国家和国际活动和扩展计划,以及各种各样的参与者,但这些活动的实施进展缓慢。为了向偏远地区供电,近年来离网系统技术变得越来越普遍。在本文中,我们将介绍使用光伏系统与 85kWh 二次锂离子电池 (LIB) 结合作为离网混合系统为坦桑尼亚维多利亚湖的一个岛屿供电作为社会经济案例研究。该离网混合系统每天平均能够提供 42.31kWh 的能源,项目中成功连接的关键基础设施(如当地医院和学校)的每日需求量为 18.75kWh。规模年产量为 15,443.16kWh,足以为私人家庭以及当地渔业提供电力供应。假设预期寿命为 15 年,所述系统从第 4 年开始摊销。此外,考虑到全球电动汽车的快速发展和二手锂离子电池的预期回报,该项目还应成为电池的二次生命场景。与传统柴油发电机解决方案相比,经济和生态评估表明使用二次生命锂离子电池是一种解决方案。评估中包括对健康方面的考虑。
比例[1] - [2]。SCC输出阻抗与电容器值C fly和工作频率F SW的乘积成反比[3]。因此,将工作频率提高10倍或多或少地降低了具有相似因素的被动组件的足迹。但是,开关损耗增加了10倍,从而降低了功率效率。低功率 - 例如MW量表及以下 - 如图1如果保持大于90%的效率,则开关损耗限制了可实现的工作频率。由于工作频率有限,因此电容密度较高的电容器是增加功率密度(w/mm 3)[4] - [5]的替代方法。尽管如此,电容密度的增加限制为几个200 nf/mm 2 [6](深部电容器),无法保持低功率下的不可忽略的开关损失。另外的电容器和电感器,第三能量
随着电动汽车的普及,对为其电池供电的关键矿物的需求也将随之增长。但开采这些元素会对附近社区的健康和环境造成严重后果。道路上电动汽车的数量不断增加也意味着废旧电池的数量也会增加。电动汽车电池的使用寿命为 10 到 15 年,通常只有其中 8 年左右的保修期。想象一下,未来几年将有数以万计的潜在危险锂离子电池进入美国废物流。我们已经看到其他行业在废物流得不到负责任的管理时会发生什么,它们的产品堵塞了垃圾填埋场,无论是塑料袋还是智能手机。加州设想的未来是零排放汽车——这意味着它需要认真考虑当电动汽车电池在为汽车供电时达到其使用寿命时会发生什么。
在充电/放电过程中锂电池电极的结构和电子演化的研究对于了解LI的存储/释放机制至关重要,并优化了这些材料,以实现高性能和循环性。在过去的20年中,在过去的20年中,已经开发出了几种原位和现代技术,例如X射线衍射XRD,1-11 X射线吸收光谱XAS XAS,12-15和Mössbauer,Mössbauer,16 Raman,ir和NMR 17,18 Specopies已开发出来。对电池材料的原位评估,即在封闭的电化学电池内观察,带来在线信息,并消除了通过环境气氛操纵高反应性粉末的风险。它允许研究复杂的反应机制,并证明由于电极s内的结构和电子过渡而导致的各种化学系统中的电压 - 组合物非常令人满意。可以在标准实验室衍射仪和同步加速器源设备中进行原位XRD研究,该设施可提供比常规X射线管所输送的光子量高几个数量级的X射线光束。到此为止,已经设计了几种用于转移或传输几何形状的电化学细胞。在标准X射线衍射仪中,高质量位置敏感探测器的最新开发使得在实验室中更容易使用此类技术。使用带状结构计算和数据模拟的最新方法在允许对电化学锂插入/提取过程中的化学键进行精确分析方面非常成功。在要研究的材料方面非常普遍,最近在伸展的X射线吸收膜结构Exafs和X射线吸收接近边缘结构Xanes Xanes Xanes模式中,最近在延伸的X射线吸收膜结构中广泛执行了原位XAS的结构变化和电子传递现象。例如,尽管信号的EXAFS部分提供了有关其自身吸收原子选择的近距离环境的直接结构信息,但可以将光谱的XANES部分大致看作是给定原子的空电子状态的图片,并允许在静脉内和反流中监测这些水平的收费过程。19此外,同步设施中弯曲的单晶的开发和使用分散X射线吸收结构以及单色QuickXAS快速旋转的可能性为研究的新方法铺平了道路,以研究对电池材料的研究。使用非常短的收购时间的可能性,通常是XRD和XAS几秒钟的顺序,确实允许我们投资 -
由于全球对现代技术的便携式电源需求的增长,含LI的电池(LB)作为常规能源的新型替代方案正在迅速增加。将LB的大规模整合到每日电子设备中,从手机[1]到电动汽车,[2]可以大大减少温室气体的排放,减少有毒重金属的使用,并进一步使绿色技术能够保留环境。 尤其是引入便携式锂离子电池已经彻底改变了绿色能源的储存(例如,从太阳能或风能转换)并减少了整体能源消耗。 [3,4]然而,一方面,提高了锂离子电池的能源存储能力,能源密度和效率,并解决了环境可持续性和制造成本的问题,另一方面,必须确定新的新替代材料和设计。 在过去的二十年中,源自分层结构(例如石墨)的纳米材料的出现导致它们大量融合到能源行业的各个部门,尤其是LB生产。 [5 - 8]不同的基于碳的纳米形态,例如碳纳米管(CNT),石墨烯和石墨烯量子点(GQDS),已广泛用于改善锂离子电池的性能。 石墨烯的出色电特性(10 000 cm 2 V 1 S 1)[9-11] [9-11]在改善电极电导率[12]以及电解质的离子电导率方面引起了极大的兴趣。将LB的大规模整合到每日电子设备中,从手机[1]到电动汽车,[2]可以大大减少温室气体的排放,减少有毒重金属的使用,并进一步使绿色技术能够保留环境。尤其是引入便携式锂离子电池已经彻底改变了绿色能源的储存(例如,从太阳能或风能转换)并减少了整体能源消耗。[3,4]然而,一方面,提高了锂离子电池的能源存储能力,能源密度和效率,并解决了环境可持续性和制造成本的问题,另一方面,必须确定新的新替代材料和设计。在过去的二十年中,源自分层结构(例如石墨)的纳米材料的出现导致它们大量融合到能源行业的各个部门,尤其是LB生产。[5 - 8]不同的基于碳的纳米形态,例如碳纳米管(CNT),石墨烯和石墨烯量子点(GQDS),已广泛用于改善锂离子电池的性能。石墨烯的出色电特性(10 000 cm 2 V 1 S 1)[9-11] [9-11]在改善电极电导率[12]以及电解质的离子电导率方面引起了极大的兴趣。[13]受这些基于碳的纳米材料,其他分层材料的纳米结构的启发,例如过渡金属二核苷(TMDS),[14]磷,[15]过渡金属碳(TMCS:TMC:e,例如,MXENES),[16],[16],[16]和NITRIDE(BORON NITRIDE(BN)[17] [17] [17] [17] [17]尤其是,由于与上述材料家族相比,由于其出色的热化学稳定性,高质子和离子汇率,高质子和离子汇率,高质子和离子汇率的可调性以及电子性能的可调性,BN在能源储能研究中的适用性已经快速增长。[18,19]在下一部分中,讨论了LB中BN纳米材料的重要性,并具有强调BN作为LB技术的未来候选部分的属性。同时,作者旨在检查H-BN的局限
更广泛的上下文电池供电的电动汽车是将运输集成到电网中的有前途的解决方案。但是,尚未广泛采用电动汽车的消费者,部分原因是成本较高,车辆行驶里程较小以及充电的不便。可以鼓励使用电动汽车的新电池化学的重要目标包括低成本,大型驾驶范围,许多周期和长架子。带有石墨阳极的电流,可充电的锂离子电池的能量密度太低,无法达到前两个目标,但是诸如硅等不同的阳极化学物质可以实现成本和范围目标。在硅阳极可以替代石墨阳极之前,仍然存在障碍,但是,由于静电期间硅体积较大及其高反应性表面的大量膨胀,这两者都会导致不可逆的容量损失。
电池技术最近已成为全球研究的重点。锂铁磷酸锂(LFP)电池是一种较新的可充电电池类型,由正和负电极材料组成(或等等。2020)。正电极由LFP制成,而负电极主要由铜和石墨制成(Raccichini等人。2019)。锂铁(Li-Fe)电池由于其高能量密度,耐用性,安全性和友善性而在储能扇区中脱颖而出(Wang,2021)。他们还对高温提供了极好的抵抗力,可确保在极端条件下可靠的性能(Li等人2018; Du等。2022)。由电动汽车市场繁荣驱动的Li-Fe电池需求激增预计到2030年将与全球电动汽车销售达到2150万,年增长率为24%(International Energy Agency&Birol 2013)。这种增长有望在2030年到2030年产生500万吨Li-Fe电池浪费,这突显了有效的回收方法的紧迫性,以防止环境损失和资源损失(Beaudet等人。2020)。如果Li-Fe电池没有正确回收,电池浪费中的重金属可能会污染土壤和地下水,对环境和生态系统构成严重威胁(Zhang等人2024)。研究确定了三种主要的回收方法:高温法,水透明和直接