Ki sa ki LiFePO4 nan pil ityòm?
Entwodiksyon nan Lityòm Iron Phosphate Materyèl
Lityòm fè fosfat (molekilè fòmil LiFePO₄, ityòm iron phosphate, LFP, ke yo rele tou ityòm fè fosfat oswa fosfat ityòm fèr) se yon materyèl katod ki itilize nan ityòm -pil ion. Karakteristik li yo se ke li pa gen eleman presye tankou cobalt oswa nikèl, pri a matyè premyè se ba; ak kabòn, ityòm, ak fè yo abondan nan kwout tè a, ki ka satisfè demann sou mache a nan plis pase yon milyon tòn chak ane. Kòm yon materyèl katod, ityòm fè fosfat gen yon vòltaj k ap travay modere (3.2 V), gwo kapasite espesifik (170 mA·h / g), gwo pouvwa egzeyat, kapasite vit chaje, ak lavi sik long, ak bon estabilite nan gwo -tanperati ak segondè - anviwònman chalè.
Ityòm an fè fosfat kristal ki dwe nan yon sèl kalite estrikti olivin. Nan mineraloji, li rele trifilit, ki sòti nan mo grèk rasin tri ak lylon. Nan minrè, koulè a ka gri, wouj-mawon gri, mawon, oswa nwa, pandan y ap pwodwi aktyèl yo nwa oswa gri-nwa. Sèten materyèl mineral natirèl gen ityòm fè fosfat, men klas la ba epi li pa rive nan nivo aplikasyon pratik. Lityòm fè fosfat fè pati kategori fosfat konpoze, ak fòmil chimik jeneral li yo ta dwe LiMPO₄, kote M ka nenpòt metal divalan, ki gen ladan Fe, Co, Mn, Ti, elatriye. Sepandan, pou konpoze ki gen estrikti olivin, ityòm fè fosfat se pa sèlman youn ki ka itilize kòm yon materyèl katod nan ityòm -ion pil. Dapre konesans aktyèl la, genyen tou LiMnPO₄, LiMnFePO₄, LiVPO₄, LiCoPO₄, ak anpil lòt materyèl.
Orijin nan materyèl ityòm fosfat fè ka remonte tounen nan 1996, lè konpayi telekominikasyon Japon an NTT premye dekouvri ke AMPO₄ (A se yon metal alkali, M se Co oswa Fe) ak estrikti olivin, nan konbinezon an nan LiFeCoPO₄, ka itilize kòm yon materyèl katod ityòm -ion batri. Imedyatman, li te dekouvri pa gwoup rechèch Goodenough nan Massachusetts Institute of Technology nan Etazini, pandan y ap etidye konpoze kad, ke materyèl ityòm fè fosfat gen pwopriyete a revèsib nan ityòm -ion (Li⁺) entèkalasyon ak deintercalation. Nan dat 23 avril 1997, University of Texas nan Austin te depoze yon patant ki gen tit "Materyèl katod pou pil segondè ityòm rechargeable" (WO1997010541), ki make kòmansman monopoli patant sou materyèl ityòm fosfat fè.
Piblikasyon an similtane nan materyèl katòd olivin-fòsfat estriktire (LiMPO₄) pa Etazini ak Japon atire anpil atansyon, deklanche rechèch vaste, ak rapidman avanse pwosesis endistriyalizasyon an. Konpare ak tradisyonèl ityòm-yon materyèl katod segondè batri-spinel-estriktire ityòm Manganèz oksid (LiMn₂O₄) ak kouch -estriktire ityòm cobalt oksid (LiCoO₂) -LiMPO₄ materyèl ki pi bon mache ki disponib ak pi bon mache. An patikilye, sekirite yo te amelyore anpil, sa ki eksite gwo enterè nan men chèchè ak endistri.
Dapre rezilta rechèch nan dènye ane yo, materyèl ityòm fè fosfat posede yon estrikti olivin ki byen kristalize -, ak chanèl difizyon ityòm-ion li yo diferan de sa yo ki nan materyèl katod tradisyonèl yo. Materyèl katod tradisyonèl yo gen estrikti kouch oswa spinèl, sa ki pèmèt iyon ityòm yo deplase rapidman ant kouch oswa nan pi gwo chanèl, konsa dote materyèl yo ak bon pèfòmans egzeyat. Kontrèman, chanèl difizyon ityòm -ion yo nan materyèl ityòm fosfat fè yo gen yon sèl -dimansyon, sa vle di nan kristal la gen sèlman yon "tinèl" pou difizyon ityòm-ion, kidonk pousantaj migrasyon ityòm-ion relativman dousman ak distans difizyon an kout. Espesyalman anba gwo -kondisyon egzeyat to, iyon ityòm entèn yo pa ka imigre soti nan tan, sa ki lakòz gwo polarizasyon elektwochimik.
Batri yo ka fabrike lè l sèvi avèk materyèl fosfat pi bon kalite ityòm fè pou verifye konklizyon ki anwo yo. Eksperyans yo te montre ke itilizasyon kapasite pi bon kalite materyèl ityòm fè fosfat trè ba, ak batri a fè eksperyans rapid pouri kapasite pandan monte bisiklèt. Figi 2.1 montre pèfòmans siklis yon selil pyès monnen ityòm-ion otè a te fè lè l sèvi avèk fosfat fè ityòm pi bon kalite idwotèrmik (san kouch kabòn). Li ka wè ke apre apeprè 15 sik chaj-egzeyat, kapasite batri a te dekonpoze pa plis pase 20%. Se poutèt sa, pi bon kalite materyèl ityòm fè fosfat pa apwopriye pou sistèm batri ityòm -ion.
Nan lane 2000, Hydro-Québec (H{-Q), sèvis piblik nasyonal Kanada a, se te premye moun ki te ranpli patant sou kouch ityòm fè fosfat ak materyèl kondiktif, ki gen ladan itilize nan kouch kabòn sou materyèl ityòm fè fosfat. Sa a pèmèt ityòm fè fosfat reyalize gwo kapasite espesifik ak pwolonje lavi sik li yo nan plis pase 2000 sik. Sa a te make kòmansman pwosesis endistriyalizasyon ityòm fè fosfat kòm yon materyèl katod.
