Лити батерейнд LiFePO4 гэж юу вэ?
Лити төмрийн фосфатын материалын танилцуулга
Лити төмрийн фосфат (молекул томъёо LiFePO₄, литийн төмрийн фосфат, LFP, мөн литийн төмрийн фосфат эсвэл төмрийн литийн фосфат гэгддэг) нь лити{0}}ион батерейнд ашиглагддаг катодын материал юм. Түүний онцлог нь кобальт, никель зэрэг үнэт элемент агуулаагүй, түүхий эдийн үнэ бага; мөн нүүрстөрөгч, литий, төмөр дэлхийн царцдасд элбэг байдаг нь жилд нэг сая гаруй тонн зах зээлийн хэрэгцээг хангах боломжтой. Катодын материалын хувьд литийн төмрийн фосфат нь дунд зэргийн ажлын хүчдэл (3.2 В), өндөр хувийн багтаамжтай (170 мА·ц/г), цэнэгийн өндөр чадалтай, хурдан цэнэглэх чадвартай, өндөр-температур, өндөр-халуун орчинд сайн тогтвортой байх чадвартай.
Лити төмрийн фосфатын талст нь нэг төрлийн оливины бүтцэд хамаардаг. Минерологийн хувьд үүнийг triphylite гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь три, лилон гэсэн грек үгнээс гаралтай. Хүдрийн өнгө нь саарал, улаавтар{2}}хүрэн саарал, хүрэн эсвэл хар өнгөтэй байж болох бөгөөд бодит бүтээгдэхүүн нь хар эсвэл саарал-хар өнгөтэй байна. Зарим байгалийн ашигт малтмалын материалууд нь литийн төмрийн фосфат агуулдаг боловч агуулга нь бага бөгөөд практик хэрэглээний түвшинд хүрдэггүй. Лити төмрийн фосфат нь нийлмэл фосфатын ангилалд багтдаг бөгөөд түүний химийн ерөнхий томъёо нь LiMPO₄ байх ёстой бөгөөд M нь Fe, Co, Mn, Ti гэх мэт хоёр валенттай металл байж болно. LiMPO₄ үйлдвэрлэсэн литийн төмрийн фосфатыг худалдаанд нэвтрүүлсэн анхны компани учраас хүмүүс төмрийн комфосфатыг зөвхөн төмрийн комфосфатыг эмчлэхэд дассан. катодын материал. Гэсэн хэдий ч оливин бүтэцтэй нэгдлүүдийн хувьд литийн төмрийн фосфат нь литийн ион батерейнд катодын материал болгон ашиглаж болох цорын ганц зүйл биш юм. Одоогийн мэдлэгээр LiMnPO₄, LiMnFePO₄, LiVPO₄, LiCoPO₄ болон бусад олон материалууд байдаг.
Лити төмрийн фосфатын материалын гарал үүслийг 1996 онд Японы харилцаа холбооны NTT компани LiFeCoPO₄-ийн нийлмэл оливин бүтэцтэй AMPO₄ (A нь шүлтлэг металл, M нь Co эсвэл Fe) литийн катодод материал болгон ашиглаж болохыг анх нээсэн үеэс улбаатай. Үүний дараа АНУ-ын Массачусетсийн Технологийн хүрээлэнгийн Гуденоугийн судалгааны баг суурь нэгдлүүдийг судалж байхдаа литийн төмрийн фосфатын материал нь литийн-ионы (Li⁺) интеркалаци ба деинтеркалацийн урвуу шинж чанартай болохыг олж мэдсэн. 1997 оны 4-р сарын 23-нд Остин дахь Техасын Их Сургууль "Цэнэглэдэг литийн хоёрдогч батерейны катодын материал" (WO1997010541) нэртэй патент өгсөн нь литийн төмрийн фосфатын материалын патентын монополийн эхлэлийг тавьсан юм.
АНУ, Япон оливин{0}}бүтэцтэй фосфат (LiMPO₄) катодын материалыг нэгэн зэрэг нийтэлсэн нь олны анхаарлыг татаж, өргөн хүрээтэй судалгааг эхлүүлж, үйлдвэржилтийн үйл явцыг хурдацтай ахиулсан. Уламжлалт лити-ионы хоёрдогч батерейны катодын материал-шпинель-бүтэцтэй литийн манганы исэл (LiMn₂O₄) ба давхаргатай-бүтэцтэй литийн кобальт исэл (LiCoO₂)₄-тай харьцуулахад илүү өргөн хүрээний POPO-той, LiM- илүү хямд материал байдаггүй. бохирдол. Ялангуяа аюулгүй байдлыг ихээхэн сайжруулж, судлаачид болон аж үйлдвэрийн салбарынхны ихээхэн сонирхлыг төрүүлсэн.
Сүүлийн жилүүдэд хийгдсэн судалгааны үр дүнгээс үзэхэд литийн төмрийн фосфатын материал нь сайн талстжсан оливин бүтэцтэй бөгөөд литийн{1}}ионы диффузын суваг нь уламжлалт катодын материалаас ялгаатай байна. Уламжлалт катодын материалууд нь давхарга эсвэл шпинель бүтэцтэй тул литийн ионуудыг давхаргууд хооронд эсвэл том сувагт хурдан хөдөлгөх боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр материалыг гадагшлуулах сайн гүйцэтгэлтэй болгодог. Үүний эсрэгээр, литийн төмрийн фосфатын материал дахь литийн-ионы тархалтын сувгууд нь нэг хэмжээст бөгөөд болор дотор литийн-ионы тархалтын "хонгил" л байдаг тул лити-ионы шилжилтийн хурд харьцангуй удаан байдаг. Ялангуяа өндөр{9}}цацалттай нөхцөлд дотоод литийн ионууд цаг хугацаандаа гадагшилж чадахгүй бөгөөд энэ нь цахилгаан химийн туйлшралд ихээхэн нөлөөлдөг.
Дээрх дүгнэлтийг батлахын тулд батерейг цэвэр литийн төмрийн фосфатын материал ашиглан үйлдвэрлэж болно. Туршилтаар цэвэр литийн төмрийн фосфатын материалын хүчин чадлыг ашиглах нь маш бага бөгөөд дугуй унах үед зайны хүчин чадал хурдан мууддаг. Зураг 2.1-д зохиогчийн гидротермаль аргаар нийлэгжүүлсэн цэвэр литийн төмрийн фосфат (нүүрстөрөгчийн бүрээсгүй) ашиглан хийсэн литийн{3}}ионы зоосны эсийн эргэлтийн гүйцэтгэлийг үзүүлэв. Ойролцоогоор 15 цэнэглэх-цэнэглэх мөчлөгийн дараа батерейны хүчин чадал 20% -иас илүү муудсан болохыг харж болно. Иймээс цэвэр литийн төмрийн фосфатын материал нь литийн-ионы батерейны системд тохиромжгүй.
2000 онд Канадын үндэсний нийтийн үйлчилгээ болох Hydro-Québec (H-Q) нь литийн төмрийн фосфатын материал дээр нүүрстөрөгчийн бүрээсийг ашиглах зэрэг цахилгаан дамжуулагч материалаар бүрэх патентыг анх удаа гаргажээ. Энэ нь литийн төмрийн фосфатын өндөр хувийн хүчин чадалд хүрэх боломжийг олгож, эргэлтийн хугацааг 2000 гаруй цикл хүртэл уртасгасан. Энэ нь литийн төмрийн фосфатыг катодын материал болгон үйлдвэржүүлэх үйл явцын эхлэлийг тавьсан юм.
