በሊቲየም ባትሪዎች ውስጥ LiFePO4 ምንድነው?
የሊቲየም ብረት ፎስፌት ቁሶች መግቢያ
ሊቲየም ብረት ፎስፌት (ሞለኪውላዊ ፎርሙላ LiFePO₄፣ ሊቲየም ብረት ፎስፌት፣ LFP፣ እንዲሁም ሊቲየም ብረት ፎስፌት ወይም ferrous ሊቲየም ፎስፌት በመባልም ይታወቃል) በሊቲየም{0}}አዮን ባትሪዎች ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውል የካቶድ ቁሳቁስ ነው። የእሱ ባህሪያት እንደ ኮባልት ወይም ኒኬል የመሳሰሉ ውድ ንጥረ ነገሮችን አልያዘም, የጥሬ ዕቃው ዋጋ ዝቅተኛ ነው; እና ካርቦን፣ ሊቲየም እና ብረት በአመት ከአንድ ሚሊዮን ቶን በላይ የገበያ ፍላጎትን ሊያሟላ በሚችለው በምድር ቅርፊት ውስጥ በብዛት ይገኛሉ። እንደ ካቶድ ቁሳቁስ፣ ሊቲየም ብረት ፎስፌት መጠነኛ የስራ ቮልቴጅ (3.2 ቮ)፣ ከፍተኛ የተወሰነ አቅም (170 ሚአኤኤች/ግ)፣ ከፍተኛ የመልቀቂያ ሃይል፣ ፈጣን የመሙላት አቅም እና ረጅም የዑደት ህይወት፣ በከፍተኛ{5}}ሙቀት እና ከፍተኛ-የሙቀት አከባቢዎች ጥሩ መረጋጋት አለው።
የሊቲየም ብረት ፎስፌት ክሪስታል የአንድ ኦሊቪን መዋቅር ነው። በማዕድን ጥናት ትሪፊላይት የሚል ስም ተሰጥቶታል፣ ከግሪክ ቃል ሥሮች ትሪ እና ሊሎን የተገኘ ነው። በማዕድን ውስጥ፣ ቀለሙ ግራጫ፣ ቀይ ቀይ{2}ቡናማ ግራጫ፣ ቡናማ ወይም ጥቁር ሊሆን ይችላል፣ ትክክለኛ ምርቶች ግን ጥቁር ወይም ግራጫ-ጥቁር ናቸው። አንዳንድ የተፈጥሮ ማዕድን ቁሶች ሊቲየም ብረት ፎስፌት ይዘዋል, ነገር ግን ደረጃው ዝቅተኛ እና ተግባራዊ የትግበራ ደረጃ ላይ አይደርስም. ሊቲየም ብረት ፎስፌት ከተውጣጣው ፎስፌት ምድብ ጋር የተያያዘ ሲሆን አጠቃላይ የኬሚካል ፎርሙላው LiMPO₄ መሆን አለበት፣ ኤም ፌ፣ ኮ፣ ኤምን፣ ቲ፣ ወዘተ ጨምሮ ማንኛውም ዳይቫልንት ብረት ሊሆን ይችላል። ነገር ግን፣ ኦሊቪን መዋቅር ላላቸው ውህዶች፣ ሊቲየም ብረት ፎስፌት በሊቲየም{8}አዮን ባትሪዎች ውስጥ እንደ ካቶድ ቁስ ብቻ ሊያገለግል አይችልም። አሁን ባለው እውቀት መሰረት LiMnPO₄፣ LiMnFePO₄፣ LiVPO₄፣ LiCoPO₄ እና ሌሎች ብዙ ቁሶች አሉ።
የሊቲየም ብረት ፎስፌት ቁሶች አመጣጥ እ.ኤ.አ. በ 1996 የጃፓኑ የቴሌኮሙኒኬሽን ኩባንያ ኤንቲቲ ለመጀመሪያ ጊዜ AMPO₄ (ኤ አልካሊ ብረት ፣ ኤም ነው ኮ ወይም ፌ) ከኦሊቪን መዋቅር ጋር በLiFeCoPO₄ ጥምረት ፣ እንደ ሊቲየም{1}}አዮን ባትሪ ካቶድ ጥቅም ላይ ሊውል እንደሚችል ባወቀበት ጊዜ ነው። በመቀጠል፣ በዩናይትድ ስቴትስ በሚገኘው የማሳቹሴትስ የቴክኖሎጂ ኢንስቲትዩት የGoodenough የምርምር ቡድን፣ ማዕቀፍ ውህዶችን በማጥናት ላይ፣ የሊቲየም ብረት ፎስፌት ቁስ የሊቲየም{3}አዮን (ሊ⁺) መጠላለፍ እና መለያየት የመቀየር ባህሪ እንዳለው ታወቀ። እ.ኤ.አ ኤፕሪል 23 ቀን 1997 በኦስቲን የሚገኘው የቴክሳስ ዩኒቨርሲቲ “ካቶድ ማቴሪያሎች ለሚሞሉ ሊቲየም ሁለተኛ ደረጃ ባትሪዎች” (WO1997010541) በሚል ርዕስ የፓተንት ሞኖፖሊ በሊቲየም ብረት ፎስፌት ቁሶች ላይ የፈጠራ ባለቤትነት መጀመሩን የሚያመላክት የፈጠራ ባለቤትነት አቅርቧል።
በአሜሪካ እና በጃፓን ኦሊቪን{0}የተዋቀረ ፎስፌት (ሊምፖ₄) ካቶድ ቁሶች በአንድ ጊዜ መታተም ከፍተኛ ትኩረትን ስቧል፣ ሰፊ ምርምርን ቀስቅሷል እና የኢንደስትሪየላይዜሽን ሂደቱን በፍጥነት አሳድገዋል። ከተለምዷዊ ሊቲየም{2}}አዮን ሁለተኛ ደረጃ ባትሪ ካቶድ ቁሶች{3}}spinel{4}የተዋቀረ ሊቲየም ማንጋኒዝ ኦክሳይድ (LiMn₂O₄) እና ተደራራቢ{5}የተዋቀረ ሊቲየም ኮባልት ኦክሳይድ (LiCoO₂){3}}spinel{4}ሊምፖ ምንም ተጨማሪ ጥሬ እቃ የለውም። በተለይም ደህንነት በከፍተኛ ሁኔታ ተሻሽሏል, ይህም በተመራማሪዎች እና በኢንዱስትሪ ከፍተኛ ፍላጎት እንዲፈጠር አድርጓል.
በቅርብ ዓመታት ውስጥ በተደረጉ የምርምር ውጤቶች፣ የሊቲየም ብረት ፎስፌት ቁስ ጥሩ{0}crystalized olivine መዋቅር አለው፣ እና የሊቲየም{1}አዮን ስርጭት ሰርጦች ከባህላዊ ካቶድ ቁሶች ይለያያሉ። ባህላዊ የካቶድ ቁሳቁሶች የተደራረቡ ወይም የአከርካሪ አወቃቀሮች አሏቸው ፣ ይህም ሊቲየም ionዎች በንብርብሮች መካከል ወይም በትላልቅ ቻናሎች መካከል በፍጥነት እንዲንቀሳቀሱ ያስችላቸዋል ፣ ስለሆነም ቁሳቁሶቹ ጥሩ የፍሳሽ አፈፃፀም እንዲኖራቸው ያስችላቸዋል። በአንጻሩ የሊቲየም{4}}አዮን ስርጭት ቻናሎች በሊቲየም ብረት ፎስፌት ቁሶች አንድ{5}ልኬት ናቸው፣ ይህ ማለት በክሪስታል ውስጥ ለሊቲየም ‹ዋሻ› ብቻ አለ ማለት ነው፣ ስለዚህ የሊቲየም{7} ion የፍልሰት መጠን በአንጻራዊነት ቀርፋፋ እና የስርጭቱ ርቀት አጭር ነው። በተለይም በከፍተኛ{9}የፍጥነት ፍሳሽ ሁኔታዎች ውስጥ፣ የውስጣዊው ሊቲየም ionዎች በጊዜ ውስጥ ሊሰደዱ አይችሉም፣ ይህም ከፍተኛ የኤሌክትሮኬሚካላዊ ፖላራይዜሽን ያስከትላል።
ከላይ የተጠቀሱትን መደምደሚያዎች ለማረጋገጥ ባትሪዎችን በንፁህ የሊቲየም ብረት ፎስፌት ማቴሪያል በመጠቀም ማምረት ይቻላል. ሙከራዎች እንደሚያሳዩት የንፁህ የሊቲየም ብረት ፎስፌት ንጥረ ነገር የአቅም አጠቃቀም በጣም ዝቅተኛ ነው, እና ባትሪው በብስክሌት ጊዜ በፍጥነት የአቅም መበስበስ ያጋጥመዋል. ምስል 2.1 በደራሲው የተሰራውን የሊቲየም ሳንቲም ሴል የብስክሌት አፈጻጸም ያሳያል (ያለ የካርበን ሽፋን). በግምት ከ15 ቻርጅ-ፈሳሽ ዑደቶች በኋላ የባትሪው አቅም ከ20 በመቶ በላይ መበስበሱን ማየት ይቻላል። ስለዚህ ንፁህ የሊቲየም ብረት ፎስፌት ቁስ ለሊቲየም{8} ion ባትሪ ስርዓቶች ተስማሚ አይደለም።
እ.ኤ.አ. በ2000 ሃይድሮ{1}ኩቤክ (H{2}}Q) የካናዳ ብሄራዊ የህዝብ መገልገያ የሊቲየም ብረት ፎስፌት በሊቲየም ብረት ፎስፌት ቁሶች ላይ የካርበን ሽፋን መጠቀምን ጨምሮ በሊቲየም ብረት ፎስፌት ሽፋን ላይ የባለቤትነት መብትን የሰጠ የመጀመሪያው ነው። ይህም ሊቲየም ብረት ፎስፌት ከፍተኛ ልዩ አቅም እንዲያገኝ አስችሏል እናም የዑደቱን ህይወት ከ2000 ዑደቶች በላይ አስረዘመ። ይህ የሊቲየም ብረት ፎስፌት እንደ ካቶድ ቁሳቁስ የኢንዱስትሪ ልማት ሂደት መጀመሩን አመልክቷል።
