LiFePO4 ໃນຫມໍ້ໄຟ lithium ແມ່ນຫຍັງ?
ການແນະນໍາວັດສະດຸ Lithium Iron Phosphate
Lithium iron phosphate (ສູດໂມເລກຸນ LiFePO₄, lithium iron phosphate, LFP, ຊຶ່ງເອີ້ນກັນວ່າ lithium iron phosphate ຫຼື ferrous lithium phosphate) ແມ່ນວັດສະດຸ cathode ທີ່ໃຊ້ໃນຫມໍ້ໄຟ lithium{0}}ion. ຄຸນລັກສະນະຂອງມັນແມ່ນວ່າມັນບໍ່ມີອົງປະກອບທີ່ມີຄ່າເຊັ່ນ cobalt ຫຼື nickel, ລາຄາວັດຖຸດິບແມ່ນຕໍ່າ; ແລະຄາບອນ, lithium, ແລະທາດເຫຼັກແມ່ນອຸດົມສົມບູນຢູ່ໃນເປືອກໂລກ, ເຊິ່ງສາມາດຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການຂອງຕະຫຼາດຫຼາຍກວ່າຫນຶ່ງລ້ານໂຕນຕໍ່ປີ. ໃນຖານະເປັນວັດສະດຸ cathode, lithium iron phosphate ມີແຮງດັນເຮັດວຽກປານກາງ (3.2 V), ຄວາມອາດສາມາດສະເພາະສູງ (170 mAh / g), ພະລັງງານໄຫຼສູງ, ຄວາມສາມາດໃນການສາກໄຟໄວ, ແລະຊີວິດຮອບວຽນຍາວ, ມີຄວາມຫມັ້ນຄົງທີ່ດີໃນສະພາບແວດລ້ອມຄວາມຮ້ອນສູງ-ແລະສູງ-ຄວາມຮ້ອນ.
ທາດເຫຼັກ lithium phosphate ໄປເຊຍກັນເປັນປະເພດຂອງໂຄງສ້າງ olivine. ໃນແຮ່ທາດ, ມັນຖືກເອີ້ນວ່າ triphylite, ມາຈາກຄໍາພາສາກະເຣັກວ່າຮາກ tri ແລະ lylon. ໃນແຮ່, ສີສາມາດເປັນສີຂີ້ເຖົ່າ, ສີແດງ-ສີຂີ້ເຖົ່າສີນ້ໍາຕານ, ສີນ້ໍາຕານ, ຫຼືສີດໍາ, ໃນຂະນະທີ່ຜະລິດຕະພັນຕົວຈິງແມ່ນສີດໍາຫຼືສີຂີ້ເຖົ່າ-ສີດໍາ. ວັດສະດຸແຮ່ທາດທໍາມະຊາດທີ່ແນ່ນອນປະກອບດ້ວຍທາດເຫຼັກ lithium phosphate, ແຕ່ຊັ້ນຮຽນທີຕໍ່າແລະບໍ່ສາມາດບັນລຸລະດັບການປະຕິບັດ. Lithium iron phosphate ເປັນຂອງປະເພດ phosphate ປະສົມ, ແລະສູດເຄມີທົ່ວໄປຂອງມັນຄວນຈະເປັນ LiMPO₄, ບ່ອນທີ່ M ສາມາດເປັນໂລຫະ divalent ໃດ, ລວມທັງ Fe, Co, Mn, Ti, ແລະອື່ນໆ. ເນື່ອງຈາກວ່າບໍລິສັດທໍາອິດທີ່ເຮັດການຄ້າ LiMPO₄ ທີ່ຜະລິດ lithium iron phosphate, ປະຊາຊົນໄດ້ກາຍເປັນຄວາມຄຸ້ນເຄີຍກັບພຽງແຕ່ການປະສົມຟອສເຕດທາດເຫຼັກ. ວັດສະດຸ cathode. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ສໍາລັບທາດປະສົມທີ່ມີໂຄງສ້າງ olivine, lithium iron phosphate ບໍ່ແມ່ນພຽງແຕ່ຫນຶ່ງທີ່ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເປັນວັດສະດຸ cathode ໃນ lithium{8}}ຫມໍ້ໄຟ lithium. ອີງຕາມຄວາມຮູ້ໃນປະຈຸບັນ, ຍັງມີ LiMnPO₄, LiMnFePO₄, LiVPO₄, LiCoPO₄, ແລະອຸປະກອນອື່ນໆຈໍານວນຫຼາຍ.
ຕົ້ນກໍາເນີດຂອງວັດສະດຸ lithium iron phosphate ສາມາດຕິດຕາມໄດ້ໃນປີ 1996, ເມື່ອບໍລິສັດໂທລະຄົມຂອງຍີ່ປຸ່ນ NTT ຄົ້ນພົບຄັ້ງທໍາອິດວ່າ AMPO₄ (A ແມ່ນໂລຫະທີ່ເປັນດ່າງ, M ແມ່ນ Co ຫຼື Fe) ທີ່ມີໂຄງສ້າງຂອງ olivine, ໃນການປະສົມປະສານຂອງ LiFeCoPO₄, ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເປັນຫມໍ້ໄຟ lithium{1}. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ມັນໄດ້ຖືກຄົ້ນພົບໂດຍກຸ່ມຄົ້ນຄ້ວາ Goodenough ທີ່ສະຖາບັນເຕັກໂນໂລຢີ Massachusetts ໃນສະຫະລັດ, ໃນຂະນະທີ່ສຶກສາໂຄງສ້າງກອບ, ວ່າວັດສະດຸ lithium iron phosphate ມີຄຸນສົມບັດປີ້ນກັບກັນຂອງ lithium{3}}ion (Li⁺) intercalation ແລະ deintercalation. ໃນວັນທີ 23 ເດືອນເມສາປີ 1997, ມະຫາວິທະຍາໄລ Texas ຢູ່ Austin ໄດ້ຍື່ນສິດທິບັດທີ່ມີຊື່ວ່າ "ວັດສະດຸ Cathode ສໍາລັບແບດເຕີຣີ້ສຳຮອງ lithium rechargeable" (WO1997010541), ເປັນຈຸດເລີ່ມຕົ້ນຂອງການຜູກຂາດສິດທິບັດກ່ຽວກັບວັດສະດຸ lithium iron phosphate.
ການພິມເຜີຍແຜ່ພ້ອມໆກັນຂອງ olivine-ວັດສະດຸ cathode ທີ່ມີໂຄງສ້າງ (LiMPO₄) ໂດຍສະຫະລັດ ແລະຍີ່ປຸ່ນ ໄດ້ດຶງດູດຄວາມສົນໃຈອັນໃຫຍ່ຫຼວງ, ເຮັດໃຫ້ເກີດການຄົ້ນຄວ້າຢ່າງກວ້າງຂວາງ, ແລະຂະບວນການອຸດສາຫະກໍາທີ່ກ້າວຫນ້າຢ່າງໄວວາ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບ lithium{2}}ວັດສະດຸ cathode ຫມໍ້ໄຟສຳຮອງຂອງ lithium-spinel-ໂຄງສ້າງ lithium manganese oxide (LiMn₂O₄) ແລະຊັ້ນ-ໂຄງສ້າງ lithium cobalt oxide (LiCoO₂)-LiMPO₄ ມີວັດຖຸດິບທີ່ມີລາຄາຖືກກວ່າ. ໂດຍສະເພາະ, ຄວາມປອດໄພໄດ້ຖືກປັບປຸງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ກະຕຸ້ນຄວາມສົນໃຈຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຈາກນັກຄົ້ນຄວ້າແລະອຸດສາຫະກໍາ.
ອີງຕາມຜົນການຄົ້ນຄວ້າໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້, ວັດສະດຸ lithium iron phosphate ມີໂຄງສ້າງ olivine- crystallized ທີ່ດີ, ແລະ lithium{1}}ຊ່ອງທາງການແຜ່ກະຈາຍ ion ຂອງມັນແຕກຕ່າງຈາກວັດສະດຸ cathode ແບບດັ້ງເດີມ. ວັດສະດຸ cathode ແບບດັ້ງເດີມມີໂຄງສ້າງຊັ້ນຫຼື spinel, ໃຫ້ lithium ions ເຄື່ອນຍ້າຍຢ່າງໄວວາລະຫວ່າງຊັ້ນຫຼືໃນຊ່ອງທາງໃຫຍ່, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເຮັດໃຫ້ວັດສະດຸທີ່ມີປະສິດຕິພາບດີ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ຊ່ອງທາງການແຜ່ກະຈາຍຂອງ lithium-ion ໃນວັດສະດຸ lithium iron phosphate ແມ່ນຫນຶ່ງ-ມິຕິ, ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າພາຍໃນແກ້ວມີພຽງ "tunnel" ສໍາລັບ lithium-ion diffusion, ດັ່ງນັ້ນ lithium-ion ອັດຕາການເຄື່ອນຍ້າຍແມ່ນຂ້ອນຂ້າງຊ້າແລະໄລຍະການແຜ່ກະຈາຍແມ່ນສັ້ນ. ໂດຍສະເພາະແມ່ນພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການປ່ອຍອັດຕະໂນມັດສູງ, lithium ion ບໍ່ສາມາດເຄື່ອນຍ້າຍອອກໄດ້ທັນເວລາ, ສົ່ງຜົນໃຫ້ມີ electrochemical polarization ທີ່ສໍາຄັນ.
ແບດເຕີຣີສາມາດຜະລິດໂດຍໃຊ້ວັດສະດຸຟອສເຟດທາດເຫຼັກ lithium ບໍລິສຸດເພື່ອກວດສອບຂໍ້ສະຫຼຸບຂ້າງເທິງ. ການທົດລອງໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການນໍາໃຊ້ຄວາມອາດສາມາດຂອງທາດເຫຼັກ lithium phosphate ທີ່ບໍລິສຸດແມ່ນຕ່ໍາຫຼາຍ, ແລະຫມໍ້ໄຟປະສົບກັບຄວາມອາດສາມາດສູນເສຍຢ່າງວ່ອງໄວໃນລະຫວ່າງການຂີ່ລົດຈັກ. ຮູບ 2.1 ສະແດງປະສິດທິພາບການຖີບລົດຂອງ lithium{3}}ion coin cell ທີ່ສ້າງຂຶ້ນໂດຍຜູ້ຂຽນໂດຍໃຊ້ hydrothermally synthesized pure lithium iron phosphate (ໂດຍບໍ່ມີການເຄືອບຄາບອນ). ມັນສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າຫຼັງຈາກປະມານ 15 ຮອບການສາກໄຟ - ປ່ອຍ, ຄວາມອາດສາມາດຂອງຫມໍ້ໄຟໄດ້ຊຸດໂຊມຫຼາຍກ່ວາ 20%. ດັ່ງນັ້ນ, ວັດສະດຸ lithium iron phosphate ບໍລິສຸດແມ່ນບໍ່ເຫມາະສົມສໍາລັບລະບົບຫມໍ້ໄຟ lithium-ion.
ໃນປີ 2000, Hydro-Québec (H-Q), ສາທາລະນູປະໂພກແຫ່ງຊາດຂອງການາດາ, ເປັນຜູ້ທໍາອິດທີ່ຍື່ນສິດທິບັດໃນການເຄືອບ lithium iron phosphate ດ້ວຍວັດສະດຸທີ່ເປັນ conductive, ລວມທັງການນໍາໃຊ້ການເຄືອບຄາບອນໃສ່ວັດສະດຸ lithium iron phosphate. ນີ້ໄດ້ເປີດໃຫ້ໃຊ້ lithium iron phosphate ເພື່ອບັນລຸຄວາມອາດສາມາດສະເພາະສູງແລະຂະຫຍາຍຊີວິດຂອງວົງຈອນຂອງຕົນໄດ້ຫຼາຍກ່ວາ 2000 ຮອບວຽນ. ນີ້ຫມາຍເຖິງການເລີ່ມຕົ້ນຂອງຂະບວນການອຸດສາຫະກໍາຂອງທາດເຫຼັກ lithium phosphate ເປັນວັດສະດຸ cathode.
