Lithium Titanate ແມ່ນຫຍັງ?

Lithium titanate ເປັນທາດປະສົມອອກຊິເຈນທີ່ປະສົມປະສານຂອງ lithium, titanium, ແລະອົກຊີ, ທີ່ພົບເຫັນຫຼາຍທີ່ສຸດເປັນ Li₄Ti₅O₁₂ ທີ່ມີໂຄງສ້າງຜລຶກ spinel. ວັດສະດຸເຊລາມິກນີ້ໃຊ້ເປັນວັດສະດຸ anode ຕົ້ນຕໍໃນຫມໍ້ໄຟ lithium{1}}ion ພິເສດ, ສະຫນອງຄວາມປອດໄພພິເສດແລະຊີວິດວົງຈອນເຖິງວ່າຈະມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຕ່ໍາເມື່ອທຽບກັບ anodes graphite ທໍາມະດາ.

Lithium titanate ມີຢູ່ໃນຫຼາຍຮູບແບບເຄມີ, ແຕ່ຕົວແປຂອງ spinel Li₄Ti₅O₁₂ ຄອບງໍາການໃຊ້ຫມໍ້ໄຟ. ທາດປະສົມດັ່ງກ່າວມີລັກສະນະເປັນສາມມິຕິ-ເສັ້ນດ່າງກ້ອນທີ່ lithium ion ຄອບຄອງສະຖານທີ່ tetrahedral 8a, ໃນຂະນະທີ່ titanium ions ຕື່ມຂໍ້ມູນໃສ່ສະຖານທີ່ octahedral 16d ພາຍໃນກອບອົກຊີເຈນ. ການຈັດລຽງນີ້ສ້າງສິ່ງທີ່ນັກຄົ້ນຄວ້າເອີ້ນວ່າໂຄງສ້າງ "ສູນ-ຄວາມເຄັ່ງຕຶງ"-ເສັ້ນປະສາດປະສົບການປ່ຽນແປງຂອງປະລິມານໜ້ອຍກວ່າ 1% ໃນລະຫວ່າງຮອບສາກ ແລະການປ່ອຍນ້ຳ.

ໂຄງປະກອບການຂອງ spinel ອະນຸຍາດໃຫ້ lithium ions ເຄື່ອນຍ້າຍຜ່ານໄປເຊຍກັນໂດຍ hopping ລະຫວ່າງສະຖານທີ່ tetrahedral ແລະ octahedral. ໃນລະຫວ່າງການ lithium, ວັດສະດຸປ່ຽນຈາກ Li₄Ti₅O₁₂ ເປັນ Li₇Ti₅O₁₂, ຮອງຮັບ lithium ions ເພີ່ມເຕີມສາມຫນ່ວຍຕໍ່ຫນ່ວຍສູດ. ການແຊກນີ້ເກີດຂື້ນຢູ່ທີ່ປະມານ 1.55V ທຽບກັບໂລຫະ lithium, ສູງກວ່າ 0.1V ປົກກະຕິຂອງ graphite anodes.

ຮູບແບບ lithium titanate ອື່ນໆປະກອບມີ lithium metatitanate (Li₂TiO₃), ຝຸ່ນສີຂາວທີ່ມີຈຸດລະລາຍເກີນ 1,533 ອົງສາທີ່ໃຊ້ໃນເຊລາມິກແລະການນໍາໃຊ້ນິວເຄລຍ, ແລະ ramsdellite lithium titanate (Li₂Ti₃O₇), ເຊິ່ງໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄໍາສັນຍາໃນການຄົ້ນຄວ້າຫມໍ້ໄຟພິເສດ. ແຕ່ລະຕົວແປມີຄຸນສົມບັດ titanium ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ-ກັບ-ອັດຕາສ່ວນ lithium ແລະການຈັດລຽງຂອງຜລຶກ, ສົ່ງຜົນໃຫ້ມີຄຸນສົມບັດທາງກາຍະພາບ ແລະທາງເຄມີທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.

Lithium Titanate

ເມື່ອຖືກນໍາໃຊ້ເປັນແບັດເຕີລີ່ anode, lithium titanate ເຮັດວຽກໂດຍພື້ນຖານທີ່ແຕກຕ່າງກັນກ່ວາ graphite ທໍາມະດາ. ວັດສະດຸບໍ່ໄດ້ປະກອບເປັນຊັ້ນການໂຕ້ຕອບ electrolyte ແຂງ (SEI) ໃນໄລຍະຮອບວຽນເບື້ອງຕົ້ນເນື່ອງຈາກວ່າແຮງດັນຂອງການດໍາເນີນງານຂອງ 1.55V ຂອງຕົນຢູ່ໃນປ່ອງຢ້ຽມຄວາມຫມັ້ນຄົງ electrochemical ຂອງ electrolytes ສ່ວນໃຫຍ່. anodes graphite ມາດຕະຖານດໍາເນີນການຢູ່ໃກ້ກັບ 0V ທຽບກັບ lithium, ເຮັດໃຫ້ເກີດການທໍາລາຍ electrolyte ທີ່ປະກອບເປັນຊັ້ນ SEI ປ້ອງກັນແຕ່ຕ້ານທານ.

ໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟ, lithium ions ເຄື່ອນຍ້າຍຈາກ cathode ຜ່ານ electrolyte ແລະ intercalate ເຂົ້າໄປໃນໂຄງສ້າງ anode lithium titanate. ຮູບແບບ nanocrystalline ຂອງ Li₄Ti₅O₁₂ ໃຫ້ເນື້ອທີ່ປະມານ 100 ຕາແມັດຕໍ່ກຼາມ-ຫຼາຍກ່ວາ 30 ເທົ່າຂອງກຣາຟ. ພື້ນທີ່ທີ່ຂະຫຍາຍອອກນີ້ເຮັດໃຫ້ເອເລັກໂຕຣນິກສາມາດເຂົ້າແລະອອກໄດ້ໄວ, ສະຫນັບສະຫນູນອັດຕາການສາກໄຟໄວ.

ປະຕິກິລິຍາປີ້ນກັບໄດ້ດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້: Li₄Ti₅O₁₂ + 3Li⁺ + 3e⁻ ↔ Li₇Ti₅O₁₂. ຄວາມອາດສາມາດທາງທິດສະດີເຖິງ 175 mAh / g, ເຖິງແມ່ນວ່າການປະຕິບັດຕົວຈິງບັນລຸ 150-170 mAh / g. ໃນຂະນະທີ່ graphite ສະຫນອງຄວາມອາດສາມາດທາງທິດສະດີທີ່ສູງຂຶ້ນຢູ່ທີ່ 372 mAh / g, lithium titanate ຊົດເຊີຍໂດຍຜ່ານຄວາມສາມາດອັດຕາທີ່ເຫນືອກວ່າແລະອາຍຸຍືນ.

ທ່າແຮງ redox ສູງກວ່າຂອງ titanium oxide ເມື່ອທຽບກັບ graphite ສ້າງຄວາມໄດ້ປຽບດ້ານຄວາມປອດໄພໂດຍທໍາມະຊາດ. Lithium dendrites-ເຂັມ-ຄ້າຍຄືໂຄງສ້າງໂລຫະທີ່ສາມາດເຈາະຕົວແຍກແບດເຕີຣີ້ແລະເຮັດໃຫ້ເກີດວົງຈອນສັ້ນ-ບໍ່ຄ່ອຍຈະເກີດຂື້ນໃນພື້ນຜິວ lithium titanate. ຂອບຄວາມປອດໄພນີ້ພິສູດໄດ້ວ່າສຳຄັນຫຼາຍສຳລັບ-ແອັບພລິເຄຊັນໃນປະຈຸບັນທີ່ anodes ທຳມະດາມີຄວາມສ່ຽງຕໍ່ການລະບາຍຄວາມຮ້ອນ.

ຫມໍ້ໄຟ Lithium titanate ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຊີວິດຮອບວຽນທີ່ຫຼຸດລົງຂອງ lithium{0}}ion ເຄມີອື່ນໆ. ເຊລການຄ້າເປັນປົກກະຕິບັນລຸການສາກເຕັມ 10,000 ຫາ 30,000-ຮອບການປະມູນກ່ອນທີ່ຄວາມອາດສາມາດຈະຫຼຸດລົງເປັນ 80% ຂອງຕົ້ນສະບັບ. ຂໍ້ມູນຈໍາເພາະຂອງ Toshiba ປີ 2024 ອ້າງເອົາ 45,000 ຮອບໃນອັດຕາ 10C ສໍາລັບເຊັລ SCiB ພະລັງງານ{13}}ສູງຂອງພວກມັນ. ໂດຍການປຽບທຽບ, ຫມໍ້ໄຟ lithium{15}}ໄອອອນທີ່ໃຊ້ວັດສະດຸທົ່ວໄປໂດຍປົກກະຕິຈະຢູ່ໄດ້ 2,000-3,000 ຮອບ.

ອາຍຸຍືນນີ້ມາຈາກສູນ-ໂຄງສ້າງຄວາມເຄັ່ງຕຶງ. Graphite anodes ຂະຫຍາຍປະມານ 10% ໃນລະຫວ່າງການ lithiation, ເຊິ່ງກໍ່ໃຫ້ເກີດຄວາມກົດດັນກົນຈັກທີ່ເຮັດໃຫ້ fragments particles ແລະ degrades ຄວາມອາດສາມາດໃນໄລຍະວົງຈອນຊ້ໍາ. ການປ່ຽນແປງປະລິມານຫນ້ອຍທີ່ສຸດຂອງ Lithium titanate ຮັກສາຄວາມສົມບູນຂອງໂຄງສ້າງເຖິງແມ່ນວ່າຫຼັງຈາກສິບພັນຮອບ.

ການສາກໄຟໄວສະແດງເຖິງລັກສະນະນິຍາມອື່ນ. ແບັດເຕີຣີ Lithium titanate ສາມາດສາກໄຟໄດ້ຈາກ 0% ຫາ 80% ໃນ 6-10 ນາທີໂດຍບໍ່ມີການເຊື່ອມໂຊມຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ເຮືອບັນທຸກລົດເມໄຟຟ້າ Chongqing ປີ 2011 ໄດ້ສະແດງຄວາມສາມາດນີ້ໃນພາກປະຕິບັດ-ລົດເມ 37 ຄັນ 12 ແມັດ ພ້ອມກັບລະບົບ lithium titanate 80 kWh ສາກເຕັມພາຍໃນ 10 ນາທີໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງສາກ 400 kW. ຈຸລັງພະລັງງານສູງຫຼ້າສຸດຂອງ Toshiba ສາກໄຟເຖິງ 80% ໃນເວລາພຽງ 1 ນາທີດ້ວຍອັດຕາ 48C.

ການປະຕິບັດອຸນຫະພູມແຍກ lithium titanate ຈາກທາງເລືອກ. ແບດເຕີລີ່ເຫຼົ່ານີ້ເຮັດວຽກຢ່າງຫນ້າເຊື່ອຖືຈາກ -40 ອົງສາຫາ 60 ອົງສາໂດຍບໍ່ມີການສູນເສຍພະລັງງານຕາມປົກກະຕິຂອງເຄມີສາດອື່ນໆໃນສະພາບທີ່ຮຸນແຮງ. ໂຄງສ້າງ spinel ທີ່ຫມັ້ນຄົງຮັກສາການນໍາ ionic ໃນທົ່ວຂອບເຂດນີ້, ເຮັດໃຫ້ເຕັກໂນໂລຢີທີ່ເຫມາະສົມສໍາລັບການຕິດຕັ້ງ Arctic, ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຍານພາຫະນະໃນສະພາບອາກາດຮ້ອນ, ແລະອຸປະກອນຍານອະວະກາດທີ່ການຄວບຄຸມອຸນຫະພູມເພີ່ມນ້ໍາຫນັກແລະຄວາມຊັບຊ້ອນ.

ປະສິດທິພາບຄວາມປອດໄພພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການລ່ວງລະເມີດເກີນກວ່າປະເພດ lithium{0}}ion ອື່ນໆ. ຈຸລັງ Lithium titanate ຜ່ານການເຈາະເລັບ, ການປວດ, ແລະການທົດສອບ overcharge ໂດຍບໍ່ມີການໄຟໄຫມ້ຫຼືລະເບີດ. ເກນການລະບາຍຄວາມຮ້ອນຂອງວັດສະດຸແມ່ນຢູ່ປະມານ 270 ອົງສາ, ສູງກວ່າອຸນຫະພູມທີ່ໃຊ້ງານໄດ້ ແລະ ສູງກວ່າທາງເຄມີທາງເລືອກ. ໂປຣໄຟລ໌ຄວາມປອດໄພນີ້ພິສູດໄດ້ວ່າຈຳເປັນສຳລັບການຕິດຕັ້ງຂະໜາດໃຫຍ່-ເຊັ່ນ: ບ່ອນເກັບຂໍ້ມູນຕາໜ່າງທີ່ເຊັລດຽວສາມາດຫຼົ້ມໄດ້.

ຂໍ້ບົກຜ່ອງທີ່ສໍາຄັນທີ່ສຸດແມ່ນຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານ. ແບດເຕີຣີ້ Lithium titanate ໃຫ້ພຽງແຕ່ 30-110 Wh/kg gravimetrically ແລະສູງເຖິງ 177 Wh/L ຕາມປະລິມານ. ແບດເຕີຣີ້ລີທຽມ-ໄອອອນແບບດັ້ງເດີມໂດຍໃຊ້ກາຟໄລ anodes ແລະ nickel-manganese-cobalt cathodes ບັນລຸ 200-300 Wh/kg. ຂໍ້ເສຍສາມຫາສິບເທົ່ານີ້ໝາຍຄວາມວ່າແບັດເຕີຣີ lithium titanate ໃຊ້ພື້ນທີ່ຫຼາຍແລະມີນໍ້າໜັກຫຼາຍສຳລັບການເກັບຮັກສາພະລັງງານທຽບເທົ່າ.

ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຕ່ໍາຕິດຕາມໂດຍກົງກັບແຮງດັນປະຕິບັດງານ. ຈຸລັງ Lithium titanate ຜະລິດ 2.3-2.4V voltage nominal ທຽບກັບ 3.6-3.7V ສໍາລັບ lithium ມາດຕະຖານ-ion. ການສູນເສຍແຮງດັນນີ້-ສະແດງເຖິງປະມານ 1V-ແປໂດຍກົງເປັນການຫຼຸດຜ່ອນການເກັບຮັກສາພະລັງງານຕໍ່ຫົວໜ່ວຍມະຫາຊົນ. ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ນ້ໍາຫນັກແລະປະລິມານມີຄວາມສໍາຄັນ, ເຊັ່ນ: ເຄື່ອງເອເລັກໂຕຣນິກບໍລິໂພກແລະຍານພາຫະນະໄຟຟ້າໄລຍະໄກ, ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວບໍ່ສາມາດຍອມຮັບການຊື້ຂາຍນີ້.

ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສະແດງໃຫ້ເຫັນອຸປະສັກອີກອັນຫນຶ່ງໃນການຮັບຮອງເອົາຢ່າງກວ້າງຂວາງ. ເຊລຫມໍ້ໄຟ Lithium titanate ສະເລ່ຍປະມານ $1.50 ຕໍ່ວັດ-ຊົ່ວໂມງ, ໃນຂະນະທີ່ຈຸລັງ lithium iron phosphate ລາຄາປະມານ $0.40 ຕໍ່ວັດ-ຊົ່ວໂມງ. ຄ່ານິຍົມຂອງລາຄາແມ່ນມາຈາກຫຼາຍປັດໃຈ: ຄວາມຕ້ອງການການສັງເຄາະທີ່ຊັບຊ້ອນ, ການຄວບຄຸມຄວາມຊຸ່ມຊື່ນທີ່ຊັດເຈນໃນລະຫວ່າງການຜະລິດ, titanium ທີ່ມີລາຄາແພງ-ຕົວຕັ້ງຕົວຕີ, ແລະປະລິມານການຜະລິດທີ່ຕໍ່າກວ່າເມື່ອທຽບໃສ່ກັບເຄມີທົ່ວໄປ.

ຂະບວນການຜະລິດຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການຄວບຄຸມຢ່າງລະມັດລະວັງ. Sintering Li₄Ti₅O₁₂ ຕ້ອງການອຸນຫະພູມ 600-850 ອົງສາ ຂຶ້ນກັບວິທີການສັງເຄາະ, ມີເວລາປະມວນຜົນດົນກວ່າການກຽມ electrode graphite. ຮ່ອງຮອຍຂອງ anatase ຫຼື rutile TiO₂ ສາມາດເກີດຂື້ນໄດ້ຖ້າການຄວບຄຸມອຸນຫະພູມບໍ່ພຽງພໍ, ປະສິດທິພາບທາງເຄມີທີ່ຊຸດໂຊມລົງ. ຄຸນນະພາບສູງ nanostructured lithium titanate ຕ້ອງການອຸປະກອນການຜະລິດທີ່ຊັບຊ້ອນແລະຄວາມຊໍານານ.

ລົດເມໄຟຟ້າເປັນຕົວແທນຂອງການນໍາໃຊ້ທາງດ້ານການຄ້າທີ່ໃຫຍ່ທີ່ສຸດຂອງເຕັກໂນໂລຊີ lithium titanate. ຄວາມສາມາດໃນການສາກໄຟໄວຂອງເຄມີເຮັດໃຫ້ໂອກາດການສາກໄຟຢູ່ບ່ອນຈອດລົດເມ, ອະນຸຍາດໃຫ້ແບັດເຕີລີຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າທີ່ຊົດເຊີຍການລົງໂທດນ້ໍາຫນັກ. Microvast ສະໜອງຫມໍ້ໄຟ lithium titanate ໃຫ້ແກ່ຜູ້ຜະລິດລົດເມໄຟຟ້າໃນເອີຣົບ ລວມທັງລົດບັນທຸກ New Routemaster double-deckers ຂອງ Wrightbus ໃນລອນດອນ, ບ່ອນທີ່ 1,000 ໜ່ວຍເຮັດວຽກດ້ວຍລະບົບແບັດເຕີຣີ 18 kWh.

ລະບົບການເກັບຮັກສາພະລັງງານຂອງຕາຂ່າຍໄຟຟ້າເພີ່ມກໍາລັງນໍາໃຊ້ lithium titanate ສໍາລັບລະບຽບການຄວາມຖີ່ແລະການບໍລິການເພີ່ມເຕີມ. Altairnano ສ້າງໂຮງງານເກັບພະລັງງານ 20 MW/5 MWh ໂດຍໃຊ້ເຕັກໂນໂລຊີ lithium titanate. ການຕິດຕັ້ງເຫຼົ່ານີ້ໃຫ້ຄວາມສຳຄັນກັບເວລາຕອບສະໜອງ ແລະຊີວິດຮອບວຽນຫຼາຍກວ່າຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານ-ລັກສະນະທີ່ lithium titanate excels. ແບດເຕີຣີສາມາດຕອບສະຫນອງພາຍໃນ milliseconds ກັບການປ່ຽນແປງຄວາມຖີ່ຂອງຕາຂ່າຍໄຟຟ້າແລະທົນທານຕໍ່ 30-40 ປີຂອງວົງຈອນປະຈໍາວັນ.

ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທາງລົດໄຟຂຸດຄົ້ນຄວາມທົນທານຕໍ່ອຸນຫະພູມແລະຄວາມປອດໄພຂອງ lithium titanate. ແບັດເຕີຣີ Siemens Mireo Plus B-ລົດໄຟໄຟຟ້າໄດ້ເຂົ້າໃຫ້ບໍລິການໃນເດືອນເມສາ 2024 ຂັບເຄື່ອນໂດຍ Toshiba lithium titanate cells ມີອາຍຸການໃຊ້ງານ 15-ປີ. ອັງກິດ Rail Class 93 tri-ເຄື່ອງຈັກໃນໂມດໃຊ້ຫມໍ້ໄຟ lithium titanate ເພື່ອແລ່ນໃນສ່ວນສາຍທີ່ບໍ່ມີໄຟຟ້າ. ຍານ N700S Shinkansen ຂອງຍີ່ປຸ່ນນຳໃຊ້ເທັກໂນໂລຍີສຳລັບການປະຕິບັດງານທີ່ມີຄວາມໄວຕໍ່າໃນພາວະສຸກເສີນໃນລະຫວ່າງການເກີດໄຟໄໝ້.

ເຄື່ອງເອເລັກໂທຣນິກຂອງຜູ້ບໍລິໂພກໃຊ້ lithium titanate ໃນກໍລະນີພິເສດທີ່ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການສາກໄຟໄວຫຼືຄວາມຫນ້າເຊື່ອຖືທີ່ສຸດ. ຊຸດ Galaxy Note ຂອງ Samsung ໃຊ້ແບັດເຕີຣີ lithium titanate ໃນ S-Pen stylus, ເຮັດໃຫ້ສາມາດສະແຕນບາຍໄດ້ 10 ຊົ່ວໂມງຈາກການສາກໄຟ 40 ວິນາທີ. ໂມງ Seiko Kinetic ທົດແທນຕົວເກັບປະຈຸດ້ວຍຫມໍ້ໄຟ lithium titanate ເພື່ອປັບປຸງຄວາມສາມາດໃນການເກັບຮັກສາພະລັງງານແລະຊີວິດການບໍລິການ.

ອຸປະກອນອຸດສາຫະກໍາຕັ້ງແຕ່ຍານພາຫະນະນໍາພາອັດຕະໂນມັດຈົນເຖິງອຸປະກອນການແພດມືຖືເລືອກ lithium titanate ເມື່ອຄວາມປອດໄພແລະຊີວິດວົງຈອນເຮັດໃຫ້ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສູງຂຶ້ນ. ສະຖານີສະພາບອາກາດ Tempest ໃຊ້ແບດເຕີລີ່ lithium titanate 1,300 mAh ສາກຜ່ານແຜງແສງອາທິດ, ຕ້ອງການແສງແດດພຽງແຕ່ 4 ຊົ່ວໂມງທຸກໆສອງອາທິດ. ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທາງທະຫານແລະຍານອະວະກາດໃຫ້ຄຸນຄ່າການປະຕິບັດຂອງເຄມີສາດໃນອຸນຫະພູມທີ່ຮຸນແຮງແລະການຕໍ່ຕ້ານອັນຕະລາຍຈາກໄຟໄຫມ້.

ເພື່ອເຂົ້າໃຈບ່ອນທີ່ lithium titanate ເຫມາະ, ມັນຊ່ວຍໃຫ້ຮູ້ຫມໍ້ໄຟ lithium ແມ່ນຫຍັງໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວ{{0}ພວກມັນເປັນອຸປະກອນເກັບຮັກສາພະລັງງານທີ່ສາມາດສາກໄຟໄດ້ທີ່ເຄື່ອນຍ້າຍ lithium ion ລະຫວ່າງ electrodes ເພື່ອເກັບຮັກສາ ແລະປ່ອຍພະລັງງານໄຟຟ້າ. ພາຍໃນຄອບຄົວຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ນີ້, lithium titanate ມີຈຸດພິເສດທີ່ກໍານົດໂດຍວັດສະດຸ anode ຂອງມັນ. ແບັດເຕີຣີ Lithium ສ່ວນໃຫຍ່ໃຊ້ graphite anodes ຈັບຄູ່ກັບ cathodes ຕ່າງໆ-lithium iron phosphate (LFP), nickel-manganese-cobalt (NMC), ຫຼື lithium cobalt oxide (LCO). ຫມໍ້ໄຟ Lithium titanate ແຍກແຍະຕົນເອງໄດ້ໂດຍການໃຊ້ Li₄Ti₅O₁₂ ເປັນ anode, ໂດຍປົກກະຕິຈະຈັບຄູ່ກັບ lithium manganese oxide ຫຼື lithium iron phosphate cathodes.

ເມື່ອປຽບທຽບກັບແບດເຕີຣີ້ LFP, lithium titanate ໃຫ້ 5-ຊີວິດຮອບວຽນທີ່ຍາວກວ່າ 10 ເທົ່າ ແລະ ປະສິດທິພາບຂອງສະພາບອາກາດທີ່ເຢັນກວ່າ-, ແຕ່ໃຫ້ພະລັງງານພຽງແຕ່ໜຶ່ງ-ສາມຫາເຄິ່ງໜຶ່ງ. ຈຸລັງ LFP ລາຄາປະມານ $0.40/Wh ທຽບກັບ $1.50/Wh ສໍາລັບ lithium titanate. ເຄມີທັງສອງເນັ້ນຄວາມປອດໄພຫຼາຍກວ່າຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານ, ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນທາງເລືອກສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ຄວາມສ່ຽງໄຟເຮັດໃຫ້ເກີດຜົນສະທ້ອນທີ່ຮ້າຍແຮງ.

ແບດເຕີຣີ້ NMC ແລະ NCA ຄອບງໍາຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຍານພາຫະນະໄຟຟ້າທີ່ຕ້ອງການຂອບເຂດສູງສຸດ. ເຄມີເຫຼົ່ານີ້ໃຫ້ 200-250 Wh/kg-ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຂອງ lithium titanate ສອງຫຼືສາມເທົ່າ-ເຮັດໃຫ້ໄລຍະ 300-500 ໄມລ໌. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ພວກມັນຮອບວຽນພຽງແຕ່ 1,000-2,000 ເທື່ອ ແລະສ້າງຄວາມສ່ຽງຕໍ່ການລະບາຍຄວາມຮ້ອນຫຼາຍກວ່າເກົ່າ. ຍານພາຫະນະໄຟຟ້າໃຫ້ຄວາມສໍາຄັນໃນໄລຍະຍາວຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕໍ່ໄມລ໌ແລະການສາກໄຟໄວ, ເຊັ່ນ: ເຮືອຂົນສົ່ງຕົວເມືອງແລະລົດເມໃນເມືອງ, ອາດຈະຍອມຮັບການລົງໂທດລະດັບຂອງ lithium titanate ສໍາລັບຜົນປະໂຫຍດການດໍາເນີນງານ.

ຕໍ່ກັບເທັກໂນໂລຍີທີ່ພົ້ນເດັ່ນຂື້ນເຊັ່ນ-ແບັດເຕີລີຂອງແຂງ ແລະໂຊດຽມ-ເຊລໄອອອນ, lithium titanate ເປັນຕົວແທນຂອງເທັກໂນໂລຍີທີ່ຜ່ານການພິສູດທາງການຄ້າທີ່ເປັນຜູ້ໃຫຍ່. ໝໍ້ໄຟຂອງລັດແຂງ-ໃຫ້ຄຳໝັ້ນສັນຍາຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານ ແລະຄວາມປອດໄພທີ່ສູງຂຶ້ນ ແຕ່ຍັງຄົງຢູ່ໃນການພັດທະນາທາງການຄ້າກ່ອນ-ຄວາມທ້າທາຍດ້ານການຜະລິດ. ແບດເຕີຣີໂຊດຽມ-ໄອອອນໃຫ້ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍວັດສະດຸທີ່ຕໍ່າກວ່າແຕ່ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານທີ່ຄ້າຍຄືກັນກັບ lithium titanate ທີ່ມີຊີວິດຮອບວຽນສັ້ນກວ່າ. ການຄາດຄະເນຕະຫຼາດໃນປີ 2025-2033 ໂຄງການ lithium titanate ຮັກສາພາກສ່ວນຕະຫຼາດສະເພາະ ໃນຂະນະທີ່ເຕັກໂນໂລຊີໃໝ່ກວ່າຈະເວົ້າເຖິງການໃຊ້ງານໃນຕະຫຼາດມະຫາຊົນ.

Lithium Titanate

ຕະຫຼາດຫມໍ້ໄຟ lithium titanate ທົ່ວໂລກບັນລຸ $75.61-80.65 ຕື້ໃນປີ 2024 ອີງຕາມບໍລິສັດວິໄຈຕະຫຼາດຫຼາຍແຫ່ງ, ໂດຍມີການຄາດຄະເນຕັ້ງແຕ່ 237-308 ຕື້ໂດລາໃນປີ 2033-2034. ນີ້ສະແດງເຖິງອັດຕາການເຕີບໂຕປະຈໍາປີປະສົມຂອງ 10-14.4%, ຕົ້ນຕໍແມ່ນຍ້ອນການຮັບຮອງເອົາຍານພາຫະນະໄຟຟ້າ, ການຂະຫຍາຍການເກັບຮັກສາຕາຂ່າຍໄຟຟ້າ, ແລະຄວາມຕ້ອງການສໍາລັບໂຄງສ້າງພື້ນຖານການສາກໄຟໄວ.

ອາຊີ-ປາຊີຟິກຄອບຄອງການຜະລິດແລະການບໍລິໂພກ, ກວມເອົາປະມານ 60% ຂອງຄວາມຕ້ອງການຫມໍ້ໄຟ lithium titanate ທົ່ວໂລກໃນປີ 2024. ແຜນປີທີ 14 ຂອງຈີນ -ແຜນປີວາງເປົ້າໝາຍການຂະຫຍາຍຕົວຂອງການຜະລິດພະລັງງານທົດແທນ 50% ແຕ່ປີ 2020-2025, ຊຸກຍູ້ການລົງທຶນໃສ່ບ່ອນເກັບມ້ຽນຕາຂ່າຍໄຟຟ້າ ບ່ອນທີ່ໂຄງການ lithium-30 year titanate ເສດຖະກິດໄດ້ປຽບຫຼາຍກວ່າ 30 ປີ. ຕະຫຼອດຊີວິດ. ຍີ່ປຸ່ນ, ເປັນບ້ານຂອງເຕັກໂນໂລຊີ SCiB ຂອງ Toshiba, ຮັກສາການຮັບຮອງເອົາ lithium titanate ທີ່ເຂັ້ມແຂງໃນການຂົນສົ່ງທາງລົດໄຟແລະການນໍາໃຊ້ອຸດສາຫະກໍາ.

ອາເມລິກາເຫນືອຖືສ່ວນແບ່ງຕະຫຼາດປະມານ 36%, ກັບຜູ້ຜະລິດທີ່ສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນເຊັ່ນ Altairnano ແລະຜູ້ຫຼິ້ນທີ່ພົ້ນເດັ່ນຂື້ນເຊັ່ນ Grinergy ຂະຫຍາຍກໍາລັງການຜະລິດ. ການລົງທຶນ 258 ລ້ານໂດລາ ຂອງກະຊວງພະລັງງານສະຫະລັດ ໃນເທັກໂນໂລຢີແບັດເຕີຣີທີ່ກ້າວໜ້າ ລວມມີການພັດທະນາ lithium titanate ສຳລັບການນຳໃຊ້ສະເພາະທີ່ lithium{5}}ion ທຳມະດາພິສູດໄດ້ວ່າບໍ່ພຽງພໍ.

ຜູ້ຜະລິດທີ່ສໍາຄັນປະກອບມີ Toshiba (ຍີ່ຫໍ້ SCiB), Altairnano (Nanosafe), Microvast (LpTO), Leclanché (TiBox), ແລະຜູ້ຜະລິດຈີນລວມທັງ Yinlong Battery Technology ທີ່ໄດ້ມາໂດຍ Gree Electric. ການຂະຫຍາຍກຳລັງການຜະລິດແມ່ນເນັ້ນໃສ່ການຫຼຸດຕົ້ນທຶນ ໂດຍຜ່ານການປັບປຸງຂະບວນການ ແລະ ເສດຖະກິດຂອງຂະໜາດຫຼາຍກວ່າການປ່ຽນແປງທາງເຄມີພື້ນຖານ.

ທິດທາງການຄົ້ນຄວ້າເນັ້ນຫນັກໃສ່ການແກ້ໄຂຂໍ້ຈໍາກັດຕົ້ນຕໍຂອງ lithium titanate. ທີມງານທົ່ວໂລກສືບສວນ doping ດ້ວຍ niobium, magnesium, ຫຼືອົງປະກອບອື່ນໆເພື່ອເພີ່ມການນໍາແລະຄວາມສາມາດ. ການດັດແປງພື້ນຜິວລວມທັງການເຄືອບຄາບອນແລະໂຄງສ້າງ nano ມີຈຸດປະສົງເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິພາບອັດຕາ. ຍຸດທະສາດການ overlithiation ສຳຫຼວດການຂີ່ລົດຖີບເກີນ Li₇Ti₅O₁₂ ເພື່ອເກັບກຳຄວາມອາດສາມາດເພີ່ມເຕີມ, ເຖິງແມ່ນວ່ານີ້ຈະຫຼຸດຄວາມໄດ້ປຽບຂອງຄວາມເຄັ່ງຕຶງສູນ-.

ການຜະລິດ Lithium titanate ປົກກະຕິແລ້ວປະຕິບັດຕາມເສັ້ນທາງການສັງເຄາະຂອງລັດຂອງແຂງ-ຫຼືຂອງແຫຼວ-, ແຕ່ລະຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ວິທີທາງລັດ-ອຸນຫະພູມແຂງ-ສູງແບບດັ້ງເດີມປະສົມ lithium carbonate (Li₂CO₃) ແລະ titanium dioxide (TiO₂) ໃນອັດຕາສ່ວນ stoichiometric, ຈາກນັ້ນ calcines ປະສົມຢູ່ທີ່ 700-850 ອົງສາເປັນເວລາ 10-24 ຊົ່ວໂມງ. ວິທີການນີ້ພິສູດໄດ້ງ່າຍດາຍແລະສາມາດຂະຫຍາຍໄດ້ແຕ່ຜະລິດອະນຸພາກຂະຫນາດໃຫຍ່ຂ້ອນຂ້າງ (500nm-5μm) ທີ່ມີພື້ນທີ່ຕ່ໍາ.

Sol-ວິທີເຈວໃຫ້ການຄວບຄຸມຂະໜາດຂອງອະນຸພາກ ແລະຮູບຊົງໄດ້ດີກວ່າ. ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ລະລາຍ titanium alkoxides ເຊັ່ນ tetrabutyl titanate ກັບ lithium hydroxide ໃນສານລະລາຍອິນຊີ, ຫຼັງຈາກນັ້ນ gel ແລະ calcine ຢູ່ທີ່ 600-800 ອົງສາ . ຜົນໄດ້ຮັບຂອງ lithium titanate ມີຂະຫນາດຂອງອະນຸພາກຕ່ໍາກວ່າ 200nm ແລະພື້ນທີ່ຫນ້າດິນທີ່ສູງກວ່າໃກ້ກັບ 100 m²/g ທີ່ເຮັດໃຫ້ການສາກໄຟໄວ. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ຂະບວນການ sol-gel ຕ້ອງການການຄວບຄຸມຄວາມຊຸ່ມຊື່ນຢ່າງລະມັດລະວັງ ແລະພິສູດໄດ້ວ່າລາຄາແພງກວ່າການສັງເຄາະຂອງແຂງ.

ການສັງເຄາະ hydrothermal ຜະລິດ lithium titanate ໃນອຸນຫະພູມທີ່ຂ້ອນຂ້າງຕ່ໍາ (120-200 ອົງສາ) ໂດຍການປະຕິກິລິຢາຄາຣະວາໃນການແກ້ໄຂນ້ໍາທີ່ມີຄວາມກົດດັນ. ວິທີການນີ້ສ້າງ nanotubes ແລະ nanowires ທີ່ມີ morphologies ເປັນເອກະລັກ, ແຕ່ຕ້ອງການອຸປະກອນຄວາມກົດດັນສູງພິເສດແລະສ້າງສາຍນ້ໍາເສຍຂອງແຫຼວຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການປິ່ນປົວ.

ວິທີການເກືອທີ່ລະລາຍຈະລະງັບທາດປະຕິກອນໃນ-ອາບນໍ້າເກືອທີ່ລະລາຍຕໍ່າ (ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວຂອງ LiCl{1}}KCl ປະສົມ) ທີ່ 500-700 ອົງສາ . ຂະຫນາດກາງຂອງແຫຼວອໍານວຍຄວາມສະດວກໃນການແຜ່ກະຈາຍ ion ຢ່າງໄວວາ, ການຜະລິດ crystalline lithium titanate ສູງທີ່ມີຄຸນສົມບັດ electrochemical ທີ່ດີ. ໃນຂະນະທີ່ພະລັງງານ-ມີປະສິດທິພາບເມື່ອທຽບກັບເສັ້ນທາງລັດແຂງແບບດັ້ງເດີມ, ວິທີການເກືອທີ່ລະລາຍຕ້ອງໃຊ້ລະບົບການກູ້ເກືອ ແລະລະບົບການຣີໄຊເຄິນຄືນ.

ການຄວບຄຸມຄຸນນະພາບໃນລະຫວ່າງການຜະລິດພິສູດສໍາຄັນ. X-ການແຜ່ກະຈາຍຂອງຮັງສີຢືນຢັນຄວາມບໍລິສຸດຂອງໄລຍະ, ເນື່ອງຈາກປະລິມານການຕິດຕາມຂອງ anatase ຫຼື rutile TiO₂ ຫຼຸດປະສິດທິພາບ. ການແຜ່ກະຈາຍຂະໜາດຂອງອະນຸພາກສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ການປະມວນຜົນຂອງ electrode ແລະປະສິດທິພາບຂອງແບັດເຕີຣີ-ໃຫຍ່ເກີນໄປ ແລະ ຄວາມທົນທານຕໍ່ການນຳໃຊ້, ມີຂະໜາດນ້ອຍເກີນໄປ ແລະ ອະນຸພາກຈະລວບລວມໄດ້. ຄວາມຊຸ່ມຊື້ນຕ້ອງຢູ່ຕໍ່າກວ່າ 100 ppm ເພື່ອປ້ອງກັນການເຊື່ອມໂຊມຂອງ electrolyte ໃນລະຫວ່າງການປະກອບຈຸລັງ.

ແບດເຕີຣີ້ Lithium titanate ໂດຍປົກກະຕິຈະບັນລຸ 10,000 ຫາ 30,000 ການສາກເຕັມ-ຮອບການລະບາຍກ່ອນທີ່ຈະຮອດ 80% ຄວາມຈຸ, ມີຄວາມຈຸຂອງພະລັງງານສູງ-ບາງຊະນິດໃຫ້ຄະແນນສໍາລັບ 45,000 ຮອບ. ຫມໍ້ໄຟ lithium{10}}ໄອອອນປົກກະຕິໂດຍໃຊ້ graphite anodes ສຸດທ້າຍ 2,000-3,000 ຮອບພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂທີ່ຄ້າຍຄືກັນ. ຄວາມໄດ້ປຽບຂອງ 5-15x longevity ນີ້ແປເປັນ 20-30 ປີຂອງການດໍາເນີນງານຕະຫຼອດຊີວິດໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ມີວົງຈອນປະຈໍາວັນ, ເມື່ອທຽບກັບ 5-8 ປີສໍາລັບ lithium-ion ທໍາມະດາ.

ຂໍ້ເສຍດ້ານຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານເຮັດໃຫ້ lithium titanate ໃຊ້ບໍ່ໄດ້ຜົນສຳລັບເຄື່ອງໃຊ້ໄຟຟ້າແບບພົກພາ. ໝໍ້ໄຟສະມາດໂຟນທີ່ໃຊ້ lithium titanate ຈະມີຂະໜາດໃຫຍ່ກວ່າ 2-3 ເທົ່າ ແລະໜັກກວ່າການອອກແບບປັດຈຸບັນເພື່ອສະໜອງເວລາແລ່ນທຽບເທົ່າ. ຜູ້ບໍລິໂພກໃຫ້ຄວາມສຳຄັນກັບຂະໜາດ ແລະ ນ້ຳໜັກຂອງອຸປະກອນຫຼາຍກວ່າການສາກໄຟໄວ ແລະ ອາຍຸຍືນໃຫ້ຜົນປະໂຫຍດຂອງ lithium titanate. ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍທີ່ສູງຂຶ້ນເຮັດໃຫ້ການຮັບຮອງເອົາໃນຕະຫຼາດຜູ້ບໍລິໂພກທີ່ອ່ອນໄຫວຕໍ່ລາຄາ.

ແມ່ນແລ້ວ, ຫມໍ້ໄຟ lithium titanate ສາມາດສາກໄຟໄດ້ໄວກວ່າເຄື່ອງສາກ Tesla Superchargers ໃນປັດຈຸບັນຫຼາຍເມື່ອຖືກອອກແບບຢ່າງຖືກຕ້ອງ. ເຊລຫຼ້າສຸດຂອງ Toshiba ສາກເຖິງ 80% ໃນ 1-6 ນາທີຂຶ້ນກັບລະດັບພະລັງງານ, ໃນຂະນະທີ່ Tesla Superchargers ຕ້ອງການ 15-20 ນາທີສໍາລັບລະດັບການສາກທີ່ຄ້າຍຄືກັນ. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ອັນນີ້ຕ້ອງການໂຄງສ້າງພື້ນຖານການສາກໄຟພິເສດສະເພາະ (400+ kW) ທີ່ບໍ່ສາມາດໃຊ້ໄດ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງ, ແລະການລົງໂທດດ້ານຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຫມາຍຄວາມວ່າຍານພາຫະນະ lithium titanate ຈະມີໄລຍະສັ້ນກວ່າສໍາລັບນ້ໍາຫນັກຫມໍ້ໄຟທີ່ທຽບເທົ່າ.

ສາມປັດໃຈປັບປຸງຄວາມປອດໄພຂອງ lithium titanate: ຫນ້າທໍາອິດ, ທ່າແຮງປະຕິບັດງານ 1.55V ປ້ອງກັນການສ້າງ lithium dendrite ທີ່ເຮັດໃຫ້ເກີດວົງຈອນສັ້ນພາຍໃນໃນ graphite anodes. ອັນທີສອງ, ວັດສະດຸບໍ່ໄດ້ປະກອບເປັນການໂຕ້ຕອບ electrolyte ແຂງທີ່ສາມາດ decompose exothermically. ອັນທີສາມ, ລະດັບຄວາມຮ້ອນຂອງ runaway 270 ອົງສາເກີນອຸນຫະພູມເງື່ອນໄຂການລ່ວງລະເມີດສ່ວນໃຫຍ່, ແລະສູນ-ໂຄງສ້າງຄວາມເຄັ່ງຕຶງຕ້ານກັບຄວາມເສຍຫາຍກົນຈັກຈາກຜົນກະທົບ. ຄຸນລັກສະນະເຫຼົ່ານີ້ອະນຸຍາດໃຫ້ຈຸລັງ lithium titanate ຜ່ານການເຈາະເລັບແລະການທົດສອບການປວດໂດຍບໍ່ມີການໄຟໄຫມ້ຫຼືລະເບີດ.

Lithium Titanate

Lithium titanate ຄອບຄອງເປັນ niche ກໍານົດແຕ່ການຂະຫຍາຍຕົວໃນການເກັບຮັກສາພະລັງງານ. ເທັກໂນໂລຍີດັ່ງກ່າວຈະບໍ່ປ່ຽນແທນ lithium{1}}ion ທຳມະດາໃນສະມາດໂຟນ ຫຼືລົດໄລຍະໄກ-ທີ່ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານຈະກຳນົດຄວາມສາມາດໃນການໃຊ້ງານໄດ້. ແທນທີ່ຈະ, ມັນແກ້ໄຂຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ຊີວິດຮອບວຽນ, ຄວາມປອດໄພ, ການສາກໄຟໄວ, ຫຼືຄວາມທົນທານຕໍ່ອຸນຫະພູມເຮັດໃຫ້ການຍອມຮັບຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຕ່ໍາແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍທີ່ສູງຂຶ້ນ.

ເສັ້ນທາງການຂະຫຍາຍຕົວທີ່ຊັດເຈນທີ່ສຸດປາກົດຢູ່ໃນການຂົນສົ່ງສາທາລະນະ, ບ່ອນທີ່ການສາກໄຟໂອກາດເຮັດໃຫ້ແບັດເຕີລີ່ຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າເຊິ່ງເປັນການຊົດເຊີຍນ້ໍາຫນັກບາງສ່ວນ, ແລະບ່ອນທີ່ມີຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການປ່ຽນແບດເຕີລີ່ໃນໄລຍະ 12-15 ປີຂອງຍານພາຫະນະທີ່ສະຫນັບສະຫນູນເຄມີທົນທານ. ການເກັບຮັກສາຕາຂ່າຍໄຟຟ້າເປັນຕົວແທນທີ່ເຫມາະສົມກັບທໍາມະຊາດອີກອັນຫນຶ່ງ, ໂດຍສະເພາະສໍາລັບການບໍລິການຄວບຄຸມຄວາມຖີ່ທີ່ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີຮອບວຽນຕື້ນປະຈໍາວັນຫຼາຍພັນຄົນໃນໄລຍະທົດສະວັດ.

ການພັດທະນາທີ່ຜ່ານມາໃນວິທີການປະສົມສະແດງໃຫ້ເຫັນຄໍາສັນຍາ-ການລວມເອົາ anodes lithium titanate ກັບ cathodes ຄວາມອາດສາມາດສູງຂັ້ນສູງ, ຫຼືການນໍາໃຊ້ lithium titanate ໃນໄລຍະ-ການຂະຫຍາຍຍານພາຫະນະທີ່ຫມໍ້ໄຟຂະຫນາດນ້ອຍຮອບວຽນເລື້ອຍໆ. ໃນຂະນະທີ່ຂະຫນາດການຜະລິດແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຫຼຸດລົງ, ເຄມີອາດຈະຂະຫຍາຍໄປສູ່ຕະຫຼາດພິເສດເພີ່ມເຕີມ. ສໍາລັບໃນປັດຈຸບັນ, lithium titanate ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າເຄມີຫມໍ້ໄຟທີ່ດີທີ່ສຸດແມ່ນຂຶ້ນກັບຄວາມຕ້ອງການຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທັງຫມົດແທນທີ່ຈະປະຕິບັດຕາມເຕັກໂນໂລຢີ "ທີ່ດີທີ່ສຸດ" ສໍາລັບການນໍາໃຊ້ທັງຫມົດ.