LiFePO4 di bataryayên lîtiumê de çi ye??
Destpêka Materyalên Fosfat Iron Lithium
Fosfata hesinê lîtium (formula molekularî LiFePO4, fosfata hesinê lîtium, LFP, ku wekî fosfata hesinê lîtium an jî fosfata lîtium hesin tê zanîn) madeyek katodê ye ku di bataryayên lîtium-îonê de tê bikar anîn. Taybetmendiyên wê ew e ku hêmanên hêja yên wekî kobalt an nîkel dihewîne, bihayê madeya xam kêm e; û karbon, lîtium û hesin di qaşilê erdê de pir in, ku dikare pêdiviya bazarê ya zêdeyî yek milyon ton salane bi cih bîne. Wekî materyalek katodê, fosfata hesinê lîtium xwedan voltaja xebatê ya nerm (3,2 V), kapasîteya taybetî ya bilind (170 mA·h / g), hêza dakêşanê ya bilind, kapasîteya barkirina bilez, û jiyanek dirêj a çerxê ye, bi îstîqrara baş di germa- û hawîrdorên germa bilind- de.
Krîstala fosfatê hesinê lîtiumê ji yek celeb avahiya olivîn e. Di mînerolojiyê de, navê wê triphylite ye, ku ji peyva Yewnanî ya kokên tri û lylon tê. Di kanzayan de, reng dikare gewr, sor-gewr qehweyî, qehweyî, an reş be, lê hilberên rastîn reş an gewr in-reş. Hin materyalên mîneral ên xwezayî fosfat hesin lîtiumê hene, lê pola kêm e û nagihîje asta sepana pratîk. Fosfata hesinê lîtium ji kategoriya fosfatê ya pêkhatî ye, û formula wê ya kîmyayî ya giştî divê LiMPO4 be, ku M dikare bibe her metalek duvalent, di nav de Fe, Co, Mn, Ti, hwd. materyalê katodê. Lêbelê, ji bo pêkhateyên bi avahiya olivînê, fosfata hesin lîtium ne tenê ye ku dikare wekî materyalek katodê di bataryayên lîtium-îon de were bikar anîn. Li gorî zanyariyên heyî, LiMnPO4, LiMnFePO4, LiVPO4, LiCoPO4, û gelek materyalên din jî hene.
Koka madeyên fosfatê yên hesinê lîtiumê vedigere sala 1996-an, dema ku pargîdaniya têlefonê ya Japonî NTT yekem car keşif kir ku AMPO4 (A metalek alkalî ye, M ye Co an Fe) bi avahiya olivînê, di navhevkirina LiFeCoPO4 de, dikare wekî madeya lîtium-îyonek bataryayê were bikar anîn. Dûv re, ji hêla koma lêkolînê ya Goodenough ve li Enstîtuya Teknolojiyê ya Massachusetts li Dewletên Yekbûyî, dema ku lihevhatinên çarçoveyê lêkolîn dikirin, hate keşif kirin ku madeya fosfatê hesinê lîtium xwedan taybetmendiya vegerê ya lîtium-ion (Li⁺) navhevkirin û veqetandinê ye. Di 23ê Avrêl, 1997 de, Zanîngeha Texas li Austin patentek bi sernavê "Materyalên katodê ji bo bataryayên duyemîn lîtiumê yên guhezbar" (WO1997010541) tomar kir, ku destpêka monopola patentê ya li ser materyalên fosfat hesin lîtium nîşan dide.
Weşana hevdemî ya materyalên katodê yên olivîn-fosfatê birêkûpêk (LiMPO4) ji hêla Dewletên Yekbûyî û Japonya ve balek mezin kişand, lêkolînek berfireh kir û bi lez pêvajoya pîşesazîbûnê pêş xist. Li gorî madeyên katodê yên bataryayê yên duyemîn ên lîtium-îyonên kevneşopî-spinel{4}}oksîda manganez a lîtiumê avakirî (LiMn2O4) û qat-oksîda kobalt a lîtîyûmê ya birêkûpêk (LiCoO2)-LiMPO₄ bi materyalên jîngehê berfirehtir û erzantir tune. Bi taybetî, ewlehî pir çêtir bûye, ji hêla lêkolîner û pîşesaziyê ve eleqeyek mezin peyda kiriye.
Li gorî encamên lêkolînên van salên dawî, madeya fosfatê ya hesinê lîtium xwedan avahiyek olivînê ya baş-krîstalkirî ye, û kanalên wê yên belavbûna lîtium-îyon ji yên materyalên katodê yên kevneşopî cûda dibin. Materyalên katodê yên kevneşopî xwedan strukturên qat an spinel in, ku dihêle îyonên lîtiumê bi lez di navbera qatan an di kanalên mezintir de bimeşin, bi vî rengî materyalan bi performansa dakêşanê ya baş peyda dike. Berevajî vê, kanalên belavkirina lîtium-îyonên di materyalên hesin fosfat ên lîtium de yek-dimensî ne, yanî di hundurê krîstalê de ji bo belavbûna lîtium-îyonek tenê "tunel" heye, ji ber vê yekê rêjeya koçkirina lîtium-lithium-rêjeya koçkirina îyonê nisbeten hêdî ye û cûdahiyek kurt e. Bi taybetî di bin şert û-rabûna rêjeya bilind de, îyonên lîtiumê yên hundurîn nikarin di wextê de koç bikin, û di encamê de polarîzasyona elektrokîmyayî ya girîng çêdibe.
Pîl dikarin bi karanîna materyalê fosfat a hesinê lîtiumê ya paqij werin çêkirin da ku encamên jorîn rast bikin. Ceribandinan destnîşan kir ku karanîna kapasîteya materyalê fosfatê hesinê lîtiumê ya safî pir kêm e, û pîlê di dema bisiklêtan de kapasîteya bilez têk diçe. Xênka 2.1 performansa bisiklêtê ya şaneyek diravî ya lîtium-îonê nîşan dide ku ji hêla nivîskar ve bi karanîna fosfata hesinê lîtiumê ya safî ya hîdrotermîkî hatî sentezkirin (bê çîçek karbonê) hatî çêkirin nîşan dide. Tê dîtin ku piştî nêzîkê 15 çerxên barkirin-dakêşandinê, kapasîteya batterê ji% 20 zêdetir kêm bûye. Ji ber vê yekê, materyalê fosfatê hesinê lîtiumê ya safî ji bo pergalên bataryayên lîtium-îyonî ne guncan e.
Di sala 2000 de, Hydro{1}}Québec (H-Q), kargêriya giştî ya neteweyî ya Kanada, yekem bû ku patentan li ser girtina fosfata hesin a lîtium bi materyalên guhêrbar vekir, di nav de karanîna karbonê li ser materyalên fosfat hesin lîtium. Vê yekê hişt ku fosfata hesin a lîtiumê bigihîje kapasîteya taybetî ya bilind û jiyana çerxa xwe ji zêdetirî 2000 dewreyan dirêj kir. Vê yekê destpêka pêvajoya pîşesaziyê ya fosfata hesin a lîtiumê wekî materyalek katodê nîşan da.
