Lityum batareyalarda LiFePO4 nima?
Lityum temir fosfat materiallariga kirish
Lityum temir fosfat (molekulyar formulasi LiFePO₄, litiy temir fosfat, LFP, shuningdek, lityum temir fosfat yoki temir lityum fosfat deb ham ataladi) lityum{0}}ionli batareyalarda ishlatiladigan katod materialidir. Uning xarakteristikalari shundaki, u kobalt yoki nikel kabi qimmatbaho elementlarni o'z ichiga olmaydi, xom ashyo narxi past; va uglerod, litiy va temir er qobig'ida ko'p bo'lib, yiliga bir million tonnadan ortiq bozor talabini qondira oladi. Katodli material sifatida lityum temir fosfat o'rtacha ish kuchlanishiga (3,2 V), yuqori o'ziga xos quvvatga (170 mA·soat/g), yuqori tushirish quvvatiga, tez zaryadlash qobiliyatiga va yuqori{5}}harorat va yuqori-issiqlik muhitida yaxshi barqarorlikka ega.
Lityum temir fosfat kristalli olivin tuzilishining bir turiga tegishli. Mineralogiyada u yunoncha tri va lylon so'zlarining ildizlaridan olingan trifilit deb ataladi. Rudalarning rangi kulrang, qizg'ish{2}}jigarrang kulrang, jigarrang yoki qora, haqiqiy mahsulotlar esa qora yoki kulrang-qora bo'lishi mumkin. Ba'zi tabiiy mineral materiallar lityum temir fosfatni o'z ichiga oladi, ammo sinf past va amaliy qo'llash darajasiga etib bormaydi. Lityum temir fosfat kompozit fosfat toifasiga kiradi va uning umumiy kimyoviy formulasi LiMPO₄ bo'lishi kerak, bu erda M har qanday ikki valentli metallar, jumladan Fe, Co, Mn, Ti va boshqalar bo'lishi mumkin. LiMPO₄ ishlab chiqarilgan lityum temir fosfatni tijoratlashtirgan birinchi kompaniya bo'lgani uchun odamlar faqat temir-fosfat bilan davolashga o'rganib qolgan. katodli material. Biroq, olivin tuzilmasi bo'lgan birikmalar uchun lityum temir fosfat lityum{8}}ionli batareyalarda katod materiali sifatida ishlatilishi mumkin bo'lgan yagona narsa emas. Hozirgi ma'lumotlarga ko'ra, LiMnPO₄, LiMnFePO₄, LiVPO₄, LiCoPO₄ va boshqa ko'plab materiallar ham mavjud.
Lityum temir fosfat materiallarining kelib chiqishi 1996 yilda, Yaponiyaning NTT telekommunikatsiya kompaniyasi birinchi marta LiFeCoPO₄ birikmasida olivinli tuzilishga ega AMPO₄ (A ishqoriy metal, M Co yoki Fe) lityum{1}}ionli batareya sifatida ishlatilishi mumkinligini aniqlagan paytdan kuzatilishi mumkin. Keyinchalik, Amerika Qo'shma Shtatlaridagi Massachusets texnologiya institutining Goodenough tadqiqot guruhi tomonidan ramka birikmalarini o'rganayotganda, litiy temir fosfat moddasi litiy{3}}ioni (Li⁺) interkalatsiyasi va deinterkalatsiyasining qaytarilmas xususiyatiga ega ekanligini aniqladi. 1997 yil 23 aprelda Ostindagi Texas universiteti lityum temir fosfat materiallariga patent monopoliyasining boshlanishini ko'rsatuvchi "Qayta zaryadlanuvchi lityum ikkilamchi batareyalar uchun katod materiallari" (WO1997010541) nomli patentni topshirdi.
Qo'shma Shtatlar va Yaponiya tomonidan olivin{0}}strukturali fosfat (LiMPO₄) katod materiallarining bir vaqtning o'zida nashr etilishi katta e'tiborni tortdi, keng ko'lamli tadqiqotlarga sabab bo'ldi va sanoatlashtirish jarayonini tez sur'atlar bilan rivojlantirdi. An'anaviy lityum{2}}ikkinchi darajali batareya katod materiallari bilan solishtirganda{3}}shpinel-tuzilishli lityum marganets oksidi (LiMn₂O₄) va qatlamli-konstruksiyali lityum kobalt oksidi (LiCoO₂)₄₄ bilan solishtirganda ekologik jihatdan arzonroq materiallar mavjud emas. ifloslanish. Xususan, xavfsizlik juda yaxshilandi, tadqiqotchilar va sanoat vakillarining katta qiziqishini uyg'otdi.
So'nggi yillardagi tadqiqot natijalariga ko'ra, lityum temir fosfat moddasi yaxshi kristallangan olivin tuzilishga ega va uning litiy-diffuziya kanallari an'anaviy katod materiallaridan farq qiladi. An'anaviy katod materiallari qatlamli yoki shpinel tuzilmalarga ega bo'lib, lityum ionlarining qatlamlar orasida yoki kattaroq kanallarda tez harakatlanishiga imkon beradi va shu bilan materiallarni yaxshi tushirish ko'rsatkichlari bilan ta'minlaydi. Aksincha, litiy temir fosfat materiallaridagi litiy-ion diffuziya kanallari bir oʻlchovli, yaʼni kristall ichida litiy{6}}ion diffuziyasi uchun faqat “tunnel” mavjud, shuning uchun litiy-ion koʻchish tezligi nisbatan sekinroq boʻladi. Ayniqsa, yuqori{9}}zararli deşarj sharoitida ichki litiy ionlari o'z vaqtida ko'chib keta olmaydi, bu esa sezilarli elektrokimyoviy qutblanishga olib keladi.
Yuqoridagi xulosalarni tekshirish uchun batareyalar sof lityum temir fosfat moddasi yordamida ishlab chiqarilishi mumkin. Tajribalar shuni ko'rsatdiki, sof lityum temir fosfat materialining quvvatidan foydalanish juda past va akkumulyator velosipedda haydash paytida quvvatning tez parchalanishini boshdan kechiradi. 2.1-rasmda muallif tomonidan gidrotermik sintezlangan sof litiy temir fosfat (uglerod qoplamasisiz) yordamida tayyorlangan litiy{3}}ionli tanga xujayrasining aylanish samaradorligi ko'rsatilgan. Ko'rinib turibdiki, taxminan 15 zaryadlash va tushirish tsiklidan so'ng, batareya quvvati 20% dan ko'proqqa pasayib ketgan. Shuning uchun sof lityum temir fosfat moddasi lityum{8}}ionli akkumulyator tizimlari uchun mos emas.
2000 yilda Kanadaning milliy davlat xizmati Hydro-Quebec (H-Q) birinchi bo'lib lityum temir fosfatni o'tkazuvchan materiallar bilan qoplash, shu jumladan lityum temir fosfat materiallariga uglerod qoplamasini qo'llash bo'yicha patent berdi. Bu lityum temir fosfatning yuqori o'ziga xos quvvatga erishishiga imkon berdi va uning aylanish muddatini 2000 dan ortiq tsiklga uzaytirdi. Bu katod materiali sifatida lityum temir fosfatni sanoatlashtirish jarayonining boshlanishini belgiladi.
