Литий батарейкаларында LiFePO4 нәрсә ул ??
Литий тимер фосфат материаллары белән таныштыру
Литий тимер фосфат (LiFePO₄ молекуляр формуласы, литий тимер фосфат, LFP, шулай ук литий тимер фосфат яки кара литий фосфат дип тә атала) литий {{0} ion ион батарейкаларында кулланылган катод материалы. Аның характеристикалары шунда: анда кобальт яки никель кебек кыйммәтле элементлар юк, чимал бәясе түбән; углерод, литий, тимер җир кабыгында бик күп, алар елына миллион тоннадан артык базар ихтыяҗын канәгатьләндерә ала. Катод материалы буларак, литий тимер фосфат уртача эш көчәнешенә (3,2 В), югары специфик сыйдырышлыкка (170 мА · с / г), югары агызу көче, тиз зарядлау мөмкинлеге һәм озын цикл гомере, югары - температурада һәм югары - җылылык шартларында яхшы тотрыклылыкка ия.
Литий тимер фосфат кристалл оливин структурасының бер төренә карый. Минералогиядә ул трифилит дип атала, грек сүзенең три һәм лилон сүзеннән алынган. Рудаларда төс соры, кызгылт - коңгырт соры, коңгырт яки кара булырга мөмкин, ә продуктлар кара яки соры - кара. Кайбер табигый минераль материалларда литий тимер фосфат бар, ләкин дәрәҗәсе түбән һәм практик куллану дәрәҗәсенә җитми. Литий тимер фосфат составлы фосфат категориясенә керә, һәм аның гомуми химик формуласы LiMPO₄ булырга тиеш, монда M теләсә нинди дивалент металл булырга мөмкин, шул исәптән Fe, Co, Mn, Ti һ.б. LiMPO₄ коммерцияләштергән беренче компания литий тимер фосфат җитештергәнгә, кешеләр литий тимер фосфатны бердәнбер составлы фосфат итеп эшкәртүгә күнеккәннәр. Ләкин, оливин структурасы булган кушылмалар өчен литий тимер фосфат литий {{8} ion ион батарейкаларында катод материалы буларак кулланыла торган бердәнбер түгел. Хәзерге белемнәр буенча LiMnPO₄, LiMnFePO₄, LiVPO₄, LiCoPO₄ һәм башка бик күп материаллар бар.
Литий тимер фосфат материалларының килеп чыгышын 1996-нчы елдан башлап табарга мөмкин, Япониянең NTT телекоммуникацион компаниясе AMPO₄ (A - алкалы металл, M is Co яки Fe), LiFeCoPO₄ кушылмасы белән, литий {{1} ion батарея катоды материалы буларак кулланыла ала. Соңыннан, АКШның Массачусетс Технология институтында Гуденоф тикшеренү төркеме тарафыннан, катнаш кушылмаларны өйрәнгәндә, литий тимер фосфат материалының литийның {{3} ion (Li⁺) инкальациясе һәм деинтеркалациянең кире әйберләре барлыгы ачыкланды. 1997 елның 23 апрелендә Остиндагы Техас Университеты "Литий икенчел батарейкалар өчен катод материаллары" (WO1997010541) исемле патент бирде, бу литий тимер фосфат материалларына патент монополиясе башланганын күрсәтә.
АКШ һәм Япония тарафыннан оливин {{0} str структуралы фосфат (LiMPO₄) катод материалларын берьюлы бастыру зур игътибар җәлеп итте, киң тикшеренүләр үткәрде һәм индустриализация процессын тиз алга җибәрде. Традицион литий {{2} ion ионлы батарея катод материаллары белән чагыштырганда - шпинель - структуралы литий марганец оксиды (LiMn₂O₄) һәм катламлы {{5} str структуралы литий кобальт оксиды (LiCoO₂) - LiMPO₄ киң таралган һәм арзан чимал. Аерым алганда, тикшерүчеләр һәм сәнәгатьтә зур кызыксыну уяткан куркынычсызлык бик яхшырды.
Соңгы еллардагы тикшеренүләр нәтиҗәләре буенча, литий тимер фосфат материалы - кристаллланган оливин структурасына ия, һәм аның литий {{1} ion ион диффузия каналлары традицион катод материалларыннан аерылып тора. Традицион катод материаллары катламлы яки шпинель структураларга ия, бу литий ионнарын катламнар арасында яки зуррак каналларда тиз хәрәкәт итәргә мөмкинлек бирә, шулай итеп материалларны яхшы агызу мөмкинлеге бирә. Киресенчә, литий тимер фосфат материалларындагы литий {{4} ion ион диффузия каналлары бер - үлчәмле, димәк, кристалл эчендә литий {{6} ion ион диффузиясе өчен "тоннель" бар, шуңа күрә литий {{7} ion ион миграция тизлеге чагыштырмача әкрен һәм диффузия арасы кыска. Бигрәк тә югары {{9} rate ставкасы агызу шартларында эчке литий ионнары вакытында күченә алмыйлар, нәтиҗәдә электрохимик поляризация барлыкка килә.
Aboveгарыдагы нәтиҗәләрне тикшерү өчен батарейкалар саф литий тимер фосфат материалы ярдәмендә ясалырга мөмкин. Тикшеренүләр күрсәткәнчә, саф литий тимер фосфат материалының сыйдырышлыгы бик түбән, һәм велосипедта батарея тиз сыйдырышлык бозыла. 2.1 нче рәсемдә автор гидротермаль синтезланган саф литий тимер фосфатын кулланып (углерод капламыйча) литий {{3} ion ион тәңкә күзәнәгенең велосипедта эшләвен күрсәтә. Моннан күренгәнчә, якынча 15 корылма - агызу циклыннан соң, батарея сыйдырышлыгы 20% тан артык бозылган. Шуңа күрә саф литий тимер фосфат материалы литий {{8} ion ион батарея системалары өчен яраксыз.
2000-нче елда Канада милли коммуналь хезмәтләре булган Гидро - Québec (H - Q) беренче булып литий тимер фосфатны үткәргеч материаллар белән каплауга патентлар бирде, шул исәптән литий тимер фосфат материалларында углерод каплавы. Бу литий тимер фосфатка югары конкрет сыйдырышлыкка ирешергә мөмкинлек бирде һәм аның цикл гомерен 2000 циклдан арттырды. Бу литий тимер фосфатның катод материалы буларак индустриализация процессының башлануын күрсәтте.
