Lityum batareýalarynda LiFePO4 näme ??
Lityum demir fosfat materiallary bilen tanyşlyk
Litiý demir fosfat (molekulýar formula LiFePO₄, litiý demir fosfat, LFP, şeýle hem litiý demir fosfat ýa-da gara litiý fosfat diýlip hem atlandyrylýar) litiý {{0} ion ion batareýalarynda ulanylýan katod materialydyr. Aýratynlyklary, kobalt ýa-da nikel ýaly gymmatly elementleri öz içine almaýar, çig malyň bahasy pes; we ýer gabygynda uglerod, litiý we demir köp, bu bolsa ýylda bir million tonnadan gowrak bazar islegini kanagatlandyryp biler. Katod materialy hökmünde litiý demir fosfat ortaça iş naprýa .eniýesine (3,2 V), ýokary kuwwatlylygy (170 mA · sag / g), ýokary çykaryş güýji, çalt zarýad beriş ukyby we uzak aýlawly ömri, ýokary - temperaturada we ýokary - ýylylyk şertlerinde gowy durnuklylyga eýe.
Lityum demir fosfat kristaly oliwin gurluşynyň bir görnüşine degişlidir. Mineralogiýada grek sözüniň tri we lilon sözlerinden alnan trifilit diýilýär. Magdanlarda reňk çal, gyzyl - goňur çal, goňur ýa-da gara bolup biler, hakyky önümler bolsa gara ýa-da çal - gara bolup biler. Käbir tebigy mineral materiallarda litiý demir fosfat bar, ýöne derejesi pes we amaly ulanyş derejesine ýetmeýär. Lityum demir fosfat birleşýän fosfat kategoriýasyna degişlidir we umumy himiki formulasy LiMPO₄ bolmaly, bu ýerde M, Fe, Co, Mn, Ti we ş.m. ýaly dürli metal bolup biler, sebäbi LiMPO₄ öndüren litiý demir fosfatyny ýeke-täk birleşýän fosfat hökmünde kabul etmäge öwrenişdi. Şeýle-de bolsa, oliwin gurluşy bolan birleşmeler üçin litiý {{8} ion ion batareýalarynda katod materialy hökmünde ulanyp boljak ýeke-täk zat däl. Häzirki bilimlere görä, LiMnPO₄, LiMnFePO₄, LiVPO₄, LiCoPO₄ we başga-da köp material bar.
Lityum demir fosfat materiallarynyň gelip çykyşyny 1996-njy ýyldan başlap, Japanaponiýanyň NTT telekommunikasiýa kompaniýasy AMPO₄ (A aşgar metal, M is Co ýa-da Fe), LiFeCoPO₄ kombinasiýasynda litiý {{1} ion ion akkumulýator katod materialy hökmünde ulanylyp bilinjekdigini anyklap biler. Netijede, ABŞ-nyň Massaçusets Tehnologiýa Institutynyň “Goodenough” gözleg topary çarçuwaly birleşmeleri öwrenip ýörkä, litiý demir fosfat materialynyň litiý {{3} ion (Li⁺) interkalasiýa we deinterkalasiýanyň tersine häsiýetine eýe bolandygy ýüze çykaryldy. 1997-nji ýylyň 23-nji aprelinde Ostindäki Tehas uniwersiteti litiý demir fosfat materiallaryna patent monopoliýasynyň başlanandygyny görkezýän "Zarýad berilýän litiý ikinji batareýalary üçin katod materiallary" (WO1997010541) atly patent berdi.
ABŞ we Japanaponiýa tarapyndan bir wagtyň özünde olivin {{0} strukturaly fosfat (LiMPO₄) katod materiallarynyň neşir edilmegi uly ünsi çekdi, giňişleýin gözleglere başlady we senagatlaşma prosesini çaltlaşdyrdy. Adaty litiý {{2} ion ion ikinji batareýa katod materiallary bilen deňeşdirilende - spinel {{4} strukturaly litiý marganes oksidi (LiMn₂O₄) we gatlakly {{5} strukturaly litiý kobalt oksidi (LiCoO₂) - LiMPO₄ daşky gurşawy hapalamazdan has giň we arzan çig mallara eýe. Hususan-da, gözlegçiler we pudakda uly gyzyklanma döredip, howpsuzlyk ep-esli gowulaşdy.
Soňky ýyllarda geçirilen gözlegleriň netijelerine görä, litiý demir fosfat materialy gowy - kristallaşdyrylan oliwin gurluşyna eýedir we litiý {{1} ion ion diffuziýa kanallary adaty katod materiallaryndan tapawutlanýar. Adaty katod materiallary gatlakly ýa-da spinel gurluşlar bolup, litiý ionlarynyň gatlaklaryň arasynda ýa-da has uly kanallarda çalt hereket etmegine mümkinçilik berýär, şeýlelik bilen materiallary gowy çykaryş ukybyna eýe edýär. Munuň tersine, litiý demir fosfat materiallaryndaky litiý {{4} ion ion diffuziýa kanallary bir {{5} ension ölçegli, kristalyň içinde litiý {{6} ion ion diffuziýasy üçin diňe “tunel” bar, şonuň üçin litiý {{7} ion ionyň göçüş tizligi birneme haýal we diffuziýa aralygy gysga. Esasanam ýokary - çykaryş şertlerinde içerki litiý ionlary wagtynda göçüp bilmeýär, netijede ep-esli elektrokimiki polýarlaşma bolýar.
Aboveokardaky netijeleri barlamak üçin batareýalar arassa litiý demir fosfat materialyny ulanyp ýasalyp bilner. Geçirilen synaglar, arassa litiý demir fosfat materialynyň ulanylyşynyň gaty pesdigini we tigir sürmek wagtynda batareýanyň çalt kuwwatynyň pese gaçýandygyny görkezdi. 2.1-nji suratda awtoryň gidrotermiki sintezlenen arassa litiý demir fosfatyny (uglerod örtüksiz) ulanyp, litiý {{3} ion teňňe öýjüginiň tigir sürüşi görkezilýär. Takmynan 15 zarýad - zarýad aýlawyndan soň batareýanyň kuwwatynyň 20% -den gowrak azalandygyny görmek bolýar. Şonuň üçin arassa litiý demir fosfat materialy litiý {{8} ion ion batareýa ulgamlary üçin amatly däl.
2000-nji ýylda Kanadanyň milli jemgyýetçilik peýdasy bolan Gidro - Québec (H - Q), litiý demir fosfat materiallarynda uglerod örtügini ulanmak ýaly litiý demir fosfaty geçiriji materiallar bilen örtmek üçin ilkinji patent berdi. Bu litiý demir fosfatyna ýokary aýratyn kuwwaty gazanmaga mümkinçilik berdi we sikl ömrüni 2000-den gowrak sikl uzaltdy. Bu, katod materialy hökmünde litiý demir fosfatyň senagatlaşma prosesiniň başlangyjy boldy.
