리튬-황 배터리에 대해 알아야 할 것

리튬-황 배터리의 등장

전기차 주행거리와 스마트폰 체력의 더딘 발전으로 현재 리튬이온(Li-ion) 배터리의 한계가 부각되고 있다. 1991년 Sony에서 처음 상용화한 현재 지배적인 리튬 이온 기술은 기존 화학의 성능을 개선하기 위해 고군분투하고 있으며 점진적인 이득은 소비자 요구를 앞지르고 있습니다. 배터리 설계의 차세대 혁신이 뜨겁게 기대되는 가운데, 뛰어난 성능과 재료의 실용성으로 인해 한 가지 기술이 유망하게 빛나고 있습니다. 바로 Li-S입니다.

리튬-황(Li-S) 배터리 설계는 리튬 이온 배터리의 5배인 이론적 에너지 밀도(부피당 저장된 에너지 양)를 제공합니다. 원소를 공유함에도 불구하고 화학적 성질은 매우 다릅니다. 리튬 이온은 충전 중에 전류를 운반하는 Li+ 이온이 탄소 전극의 흑연 층에 삽입되는 것에 의존하는 반면, Li-S 배터리는 Li+ 이온이 있는 황 기반 전극을 사용합니다. (가역적으로) 반응하여 리튬 폴리설파이드를 생성하고 배터리가 방전됨에 따라 Li2S8에서 Li2S로 상태가 감소합니다. Li-S 시스템의 에너지 밀도는 반응이 Li-이온에서 사용되는 탄소 인터칼레이션보다 더 많은 호스트 원자당 Li+ 이온을 동화하기 때문에 더 높습니다.

Li-S 개념은 1970년대부터 시작되었지만 내구성과 안전성이 좋지 않아 지금까지 상용화되지 못했습니다. 과거에 가장 큰 문제는 중간 폴리설파이드(두 개 이상의 황 원자 포함)가 액체 전해질에 용해된다는 것이었습니다. 즉, 전극 사이의 이온 흐름을 허용하는 전송 매체는 황 전극의 일부도 용해하여 배터리의 유용한 황 물질을 불가역적으로 감소시키고 빠른 분해를 유발합니다. 최근의 개발(새로운 고체 전해질 및 전해질 접촉으로부터 황을 보호하는 나노복합 재료의 사용 포함)은 리튬 이온만큼 많은 충전 주기를 견디고 가연성 규정을 충족하는 Li-S 배터리의 목표를 거의 실현했습니다.

배터리 크라운을 물려받은 Li-S의 의미는 사용된 재료로 인해 기술을 넘어 확장됩니다. 이 기술이 석유 정제에 의해 생성된 원소 황 폐기물 제품의 용도를 변경한다는 사실이 널리 알려져 있습니다. 이렇게 하면 확실히 배터리 생산 비용이 낮아지겠지만, 글로벌 유황 시장에 어떤 영향을 미칠 수 있습니까?

배터리 산업이 유황 회수를 만날 때

원유 및 가스를 정제하려면 자연적으로 발생하는(매우 독성이 강한) H2S를 제거해야 합니다. 이 제거된 스트림(산성 가스로 알려짐)은 H2S를 무해한 원소 황으로 변환하기 위해 클라우스 처리를 거쳐야 합니다. 이 과정에서 엄청난 양의 유황이 생성됩니다. 앨버타 오일샌드 작업(160만 bpd)은 연간 150만 톤의 유황을 생산합니다. 전 세계적으로 유황에 대한 수요가 상당하지만 가격 변동이 심하여 유황 축적으로 인해 정유소에 원치 않는 저장 및 운송 문제가 발생하는 경우가 많습니다.

Li-S 기술이 성공적으로 Li-ion을 대체한다면 배터리 산업은 유황에 대한 수요가 많아질 것입니다. 그 전례로 2차전지는 전 세계 리튬 소비량의 약 27%를 차지해 2002년 8%에서 지난해 27%로 늘었다. ), 이 부문은 다른 어떤 부문보다 빠르게 유황 수요를 도입할 것입니다. 이를 위해 필요한 전극 소재를 짐작할 수 있도록 현재 전기차용 리튬이온 배터리는 노트북 배터리가 30~40g인 탄산리튬 등가량을 최대 40kg까지 소모한다. 아이러니하게도 Li-S 구동 차량의 미래는 운송 부문에서 석유에 대한 의존도를 잠재적으로 줄이면서 회수된 황으로부터 수익을 크게 증가시킬 것입니다.

화석 연료 정제 증가로 인해 세계적인 유황 공급 과잉이 다가오고 있는 반면 전통적인 유황 시장은 이에 따라 빠르게 성장하지 못하고 있습니다. 황산을 사용하여 인산염 비료를 생산하고 전 세계 유황 소비량의 46%를 차지하는 농화학 산업은 불안정한 유황 가격 책정(지난 몇 년 동안 $800/t에서 0 사이에서 변동)에 기여하는 주기적인 수요를 가지고 있습니다.

이러한 변동성을 감안할 때 정제소가 회수된 유황을 판매하고 운송하는 데 노력을 기울이는 것을 꺼리는 것은 당연합니다. 이는 간접비로 간주됩니다. 또한 Li-S 배터리의 새롭고 꾸준한 수요가 유황 회수의 경제성을 어떻게 변화시킬 수 있는지를 밝히고 매우 중요한 환경 보존 프로세스의 비용을 상쇄하기 위해 매우 안정적인 재정적 인센티브를 추가합니다.

유황 회수에서 우리의 역할

Applied Analytics는 Claus 공정을 최적화하고 원소 황으로의 높은 전환 효율을 유지하는 데 필요한 공정 분석기를 제공합니다. 당사의 주력 솔루션에는 촉매 단계에서 H2S/SO2 비율을 측정하기 위한 테일 가스 분석, 공급 가스에서 H2S 수준을 측정하기 위한 피드 포워드 분석, 화재 및 기타 위험 감지를 위한 유황 구덩이 분석이 포함됩니다.

유황 회수 장치(SRU)가 우리의 가장 큰 고객이기 때문에 우리는 SRU 운영자처럼 생각하고 그들의 분석 요구에 가장 잘 부응할 수 있도록 그들의 미래 문제를 예상하기 위해 노력합니다.