X'inhu LiFePO4 fil-batteriji tal-litju?
Introduzzjoni għall-Materjali tal-Fosfat tal-Ħadid tal-litju
Fosfat tal-ħadid tal-litju (formula molekulari LiFePO₄, fosfat tal-ħadid tal-litju, LFP, magħruf ukoll bħala fosfat tal-ħadid tal-litju jew fosfat tal-litju tal-ħadid) huwa materjal tal-katodu użat f'batteriji tal-litju-jone. Il-karatteristiċi tiegħu huma li ma fihx elementi prezzjużi bħal kobalt jew nikil, il-prezz tal-materja prima huwa baxx; u l-karbonju, il-litju u l-ħadid huma abbundanti fil-qoxra tad-dinja, li jistgħu jissodisfaw id-domanda tas-suq ta 'aktar minn miljun tunnellata fis-sena. Bħala materjal tal-katodu, il-fosfat tal-ħadid tal-litju għandu vultaġġ tax-xogħol moderat (3.2 V), kapaċità speċifika għolja (170 mA·h/g), qawwa ta 'skarika għolja, kapaċità ta' ċċarġjar veloċi, u ħajja ta 'ċiklu twil, bi stabbiltà tajba f'ambjenti ta' -temperatura għolja u -sħana għolja.
Il-kristall tal-fosfat tal-ħadid tal-litju jappartjeni għal tip wieħed ta 'struttura taż-żebbuġa. Fil-mineraloġija, huwa msemmi triphylite, derivat mill-kelma Griega għeruq tri u lylon. Fil-minerali, il-kulur jista' jkun griż, ħamrani-kannella griż, kannella, jew iswed, filwaqt li l-prodotti attwali huma iswed jew griż-suwed. Ċerti materjali minerali naturali fihom fosfat tal-ħadid tal-litju, iżda l-grad huwa baxx u ma jilħaqx il-livell ta 'applikazzjoni prattika. Il-fosfat tal-ħadid tal-litju jappartjeni għall-kategorija tal-fosfat kompost, u l-formula kimika ġenerali tiegħu għandha tkun LiMPO₄, fejn M jista 'jkun kwalunkwe metall divalenti, inkluż Fe, Co, Mn, Ti, eċċ Minħabba li l-ewwel kumpanija li tikkummerċjalizza LiMPO₄ prodotta fosfat tal-ħadid tal-litju, in-nies saru mdorrijin jittrattaw fosfat tal-ħadid tal-litju biss bħala materjal tal-cathode phosphate tal-litju. Madankollu, għal komposti bl-istruttura taż-żebbuġa, il-fosfat tal-ħadid tal-litju mhuwiex l-uniku wieħed li jista 'jintuża bħala materjal tal-katodu f'batteriji tal-jone tal-litju-. Skont l-għarfien attwali, hemm ukoll LiMnPO₄, LiMnFePO₄, LiVPO₄, LiCoPO₄, u ħafna materjali oħra.
L-oriġini tal-materjali tal-fosfat tal-ħadid tal-litju tista 'tiġi rintraċċata lura għall-1996, meta l-kumpanija tat-telekomunikazzjoni tal-Ġappun NTT skopriet l-ewwel darba li AMPO₄ (A huwa metall alkali, M huwa Co jew Fe) bi struttura olivine, fil-kombinazzjoni ta' LiFeCoPO₄, jista 'jintuża bħala materjal tal-katodu tal-batterija tal-litju -jone. Sussegwentement, ġie skopert mill-grupp ta 'riċerka Goodenough fil-Massachusetts Institute of Technology fl-Istati Uniti, waqt li kien qed jistudja l-komposti tal-qafas, dak il-materjal tal-fosfat tal-ħadid tal-litju għandu l-proprjetà riversibbli tal-interkalazzjoni u d-deinterkalazzjoni tal-litju-jone (Li⁺). Fit-23 ta 'April, 1997, l-Università ta' Texas f'Austin ressqet privattiva intitolata "Materjali tal-katodu għal batteriji sekondarji tal-litju rikarikabbli" (WO1997010541), li timmarka l-bidu tal-monopolju tal-privattiva fuq materjali tal-fosfat tal-ħadid tal-litju.
Il-pubblikazzjoni simultanja ta 'materjali tal-katodi tal-fosfat strutturat tal-olivina-(LiMPO₄) mill-Istati Uniti u l-Ġappun ġibdet attenzjoni kbira, qajjem riċerka estensiva, u avvanzat malajr il-proċess ta' industrijalizzazzjoni. Meta mqabbel ma' materjali tal-katodu tal-batteriji sekondarji tal-litju-jone tradizzjonali-spinel-strutturat ossidu tal-manganiż tal-litju (LiMn₂O₄) u ossidu tal-kobalt tal-litju strutturat b'saffi-(LiCoO₂) -LiMPO₄ materja prima ambjentali disponibbli b'iktar materjal irħas. B'mod partikolari, is-sikurezza tjiebet ħafna, u qajmet interess kbir mir-riċerkaturi u l-industrija.
Skont ir-riżultati tar-riċerka f'dawn l-aħħar snin, il-materjal tal-fosfat tal-ħadid tal-litju jippossjedi struttura taż-żebbuġa kristallizzata sew-, u l-kanali tad-diffużjoni tal-jone tal-litju-tagħha huma differenti minn dawk ta 'materjali tal-katodu tradizzjonali. Materjali tal-katodu tradizzjonali għandhom strutturi f'saffi jew spinel, li jippermettu li l-joni tal-litju jimxu malajr bejn is-saffi jew f'kanali akbar, u b'hekk jagħtu lill-materjali prestazzjoni tajba ta 'skarika. B'kuntrast, il-kanali tat-tixrid tal-litju-jone f'materjali tal-fosfat tal-ħadid tal-litju huma dimensjonali wieħed, li jfisser li fi ħdan il-kristall hemm biss "mina" għad-diffużjoni tal-jone tal-litju-, għalhekk ir-rata ta 'migrazzjoni tal-litju-jone hija relattivament bil-mod u d-distanza tad-diffużjoni hija qasira. Speċjalment taħt kundizzjonijiet ta 'skarigu ta' rata għolja-, il-jonji tal-litju interni ma jistgħux jemigraw 'il barra fil-ħin, u dan jirriżulta f'polarizzazzjoni elettrokimika sinifikanti.
Il-batteriji jistgħu jiġu fabbrikati bl-użu ta 'materjal tal-fosfat tal-ħadid tal-litju pur biex tivverifika l-konklużjonijiet ta' hawn fuq. L-esperimenti wrew li l-użu tal-kapaċità tal-materjal tal-fosfat tal-ħadid tal-litju pur huwa baxx ħafna, u l-batterija tesperjenza tħassir rapidu tal-kapaċità waqt iċ-ċikliżmu. Il-Figura 2.1 turi l-prestazzjoni taċ-ċikli ta 'ċellola tal-muniti tal-litju-jone magħmula mill-awtur bl-użu ta' fosfat tal-ħadid tal-litju pur sintetizzat b'mod idrotermal (mingħajr kisi tal-karbonju). Wieħed jista' jara li wara madwar 15-il ċiklu ta' ċarġ u skariku, il-kapaċità tal-batterija naqset b'aktar minn 20%. Għalhekk, materjal pur tal-fosfat tal-ħadid tal-litju mhuwiex adattat għal sistemi ta 'batteriji tal-litju-jone.
Fl-2000, Hydro-Québec (H{-Q), l-utilità pubblika nazzjonali tal-Kanada, kienet l-ewwel li ppreżentat privattivi dwar il-kisi tal-fosfat tal-ħadid tal-litju b'materjali konduttivi, inkluż l-użu ta 'kisi tal-karbonju fuq materjali tal-fosfat tal-ħadid tal-litju. Dan ippermetta li l-fosfat tal-ħadid tal-litju jikseb kapaċità speċifika għolja u estenda l-ħajja taċ-ċiklu tiegħu għal aktar minn 2000 ċiklu. Dan immarka l-bidu tal-proċess ta 'industrijalizzazzjoni tal-fosfat tal-ħadid tal-litju bħala materjal tal-katodu.
