Global energiya tuzilmasini doimiy ravishda sozlash va qayta tiklanadigan energiyani jadal rivojlantirish bilan,energiya saqlashtexnologiya asta-sekin energiyani o'zgartirish va kelajakdagi iqtisodiy rivojlanish uchun muhim yordamga aylanmoqda.
Energiyani saqlash batareyasi texnologiyasiga kirish
▲Energiyani konvertatsiya qilish, saqlash va undan foydalanish
▲Energiyani saqlash texnologiyalarining tasnifi va qo'llanilishi
▲Energiya akkumulyatorlarining umumiy ko'rinishi
▲Energiya akkumulyatorlarining ishlash printsipi va tarkibi
▲Energiyani saqlash batareyalarining ishlash ko'rsatkichlari va tegishli terminologiyasi
Energiya - bu dunyoni boshqaradigan asosiy kuch va insoniyat jamiyati taraqqiyoti uchun bog'liq bo'lgan asosiy manba. Yong'inning dastlabki qo'llanilishidan tortib to hozirgi elektr energiyasigacha energiyaning rivojlanishi va ishlatilishi tsivilizatsiya taraqqiyotiga turtki bo'ldi va hozirgi ijtimoiy tuzilamizni shakllantirdi.
Global energiya talabining uzluksiz o'sishi va qayta tiklanadigan energiyaning jadal rivojlanishi bilan energiyani saqlash batareyasi texnologiyasi paydo bo'ldi va energiya sektorining muhim ustuniga aylandi. Energiyani saqlash batareyalari shamol va quyosh energiyasi kabi intervalgacha energiya manbalarini samarali saqlashi va energiya ta'minoti barqarorligini ta'minlab, eng yuqori talab davrida ularni chiqarishi mumkin. Bu texnologiya nafaqat anʼanaviy qazib olinadigan yoqilgʻiga bogʻliqlikni kamaytiradi, balki past uglerodli-va barqaror energiya tizimlariga erishish uchun muhim kafolatlar beradi.
An'anaviy qo'rg'oshin{0}}kislota akkumulyatorlaridan tortib zamonaviy litiy{1}}ionli akkumulyatorlargacha, so'ngra yangi-qattiq holatdagi akkumulyatorlar va natriy{3}}ionli akkumulyatorlargacha bo'lgan energiya saqlovchi akkumulyatorlar texnologiyasining rivojlanishi doimo texnologik muammolardan o'tib ketadi. Energiya zichligini oshirish, ishlash muddatini uzaytirish va xavfsizlikni oshirish orqali energiya saqlash batareyalari uy energiyasini saqlash, tashish va tarmoqni tartibga solish kabi sohalarda keng qo'llanilishini ko'rsatdi. Aytish mumkinki, energiya saqlash batareyasi texnologiyasi nafaqat hozirgi energiya strukturasini o'zgartirishning kaliti, balki kelajakdagi aqlli tarmoqlar va taqsimlangan energiya tizimlarining yadrosidir.
Litiyga asoslangan{0}}batareya quvvatini saqlash texnologiyasi
▲Lityum{0}}ionli batareyalarning tuzilishi va ishlash printsipi
▲Lityum{0}}ionli batareyali katod materiallari
▲Lityum{0}}ionli akkumulyator anod materiallari
▲Lityum{0}}ionli batareya elektrolitlari
▲Lityum{0}}ionli batareyalarni loyihalash va ishlab chiqarish
1970 yilda ExxonMobil kompaniyasidan MS Uittingem birinchi lityum{3}}ionli batareyani yaratdi. U mos ravishda musbat va manfiy elektrodlar sifatida titan disulfidi va metall litiydan foydalangan. Zaryadlash va tushirish vaqtida metall litiy doimiy ravishda salbiy elektrodda iste'mol qilinadi va hosil bo'ladi, titanium disulfidi esa doimiy ravishda musbat elektrodga lityum ionlarini kiritadi va chiqaradi. Bu ikki jarayon batareyaning ishlash muddati davomida teskari boʻlib, 2V kuchlanishli ikkilamchi lityum ion batareyasini hosil qiladi. 1982 yilda Illinoys texnologiya institutidan RR Agarval va JR Selman litiy ionlarining grafitga oʻzaro bogʻlanish xususiyatiga ega ekanligini aniqladilar. batareyalar tadqiqot, ishlab chiqish va evolyutsiya jarayonini boshdan kechirdi. Ular o'zlarining yuqori va qulay ishlashi bilan turli sohalarga tobora ko'proq kirib bormoqdalar, masalan, mobil telefonlar va planshetlar kabi 3C mahsulotlaridan tortib, elektr transport vositalari kabi energiya tarmoqlari va{19}}fotovoltaik va shamol energiyasi kabi yirik energiya saqlash sohalari, bu esa ijtimoiy hayotga sezilarli ta'sir ko'rsatadi.
Batareya nima?
▲Batareyaning rivojlanish tarixi
▲Litiy{0}}ionli batareyalar bilan tanishish
▲Litiy{0}}ionli batareyalarning xususiyatlari
▲Litiy{0}}ionli batareyalardagi asosiy materiallar
Batareya quvvat manbaining bir turi. Quvvat manbalari odatda jismoniy quvvat manbalari va kimyoviy quvvat manbalariga bo'linadi. Jismoniy energiya manbalariga quyosh energiyasi ishlab chiqarish qurilmalari, termoelektr energiyasi ishlab chiqarish qurilmalari, issiqlik va gidroelektr generatorlari va boshqalar kiradi; kimyoviy energiya manbalari esa kimyoviy energiyani to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga aylantira oladigan energiya ishlab chiqarish qurilmalariga, ya'ni umumiy ma'noda kimyoviy batareyalarga yoki oddiygina batareyalarga tegishlidir.
Akkumulyator tizimlari toʻrt avlod davomida rivojlandi: qoʻrgʻoshin{0}}kislotali akkumulyatorlar, nikel{1}}kadmiy batareyalar, nikel-metall gidridli batareyalar va litiy{3}}ionli batareyalar. Batareyaning ishlashi doimiy ravishda yaxshilandi va inson batareya tizimlarini tushunishi chuqurlashdi. Hozirda lityum{6}}ionli batareyalar eng samarali va energiyani tejovchi qayta zaryadlanuvchi batareyalar tizimi boʻlib, inson akkumulyatorlari boʻyicha tadqiqotlar va texnologiyaning eng yuqori darajasini ifodalaydi.
Lityum temir fosfat materiallarining tadqiqot va rivojlanish tarixi
▲Litiy temir fosfat materiallarining rivojlanish tarixi
▲Litiy temir fosfatning patent holati
▲Lityum temir fosfat materiallarining strukturaviy va ishlash tadqiqotlari
Lityum temir fosfat (LiFeP, LFP, shuningdek, lityum temir fosfat yoki lityum temir fosfat sifatida ham tanilgan) lityum{0}}ionli batareyalarda ishlatiladigan katod materialidir. U kobalt va nikel kabi qimmatbaho elementlarning yo‘qligi, xomashyo narxining pastligi, yer qobig‘ida yiliga bir million tonnadan ortiq bozor talabini qondira oladigan fosfor, litiy, temir resurslarining ko‘pligi bilan ajralib turadi. Katodli material sifatida lityum temir fosfat o'rtacha ish kuchlanishiga (3,2V), yuqori o'ziga xos quvvatga (170mA · h / g), yuqori tushirish quvvatiga, tez zaryadlash qobiliyatiga, uzoq aylanish muddatiga va yuqori harorat va yuqori issiqlik muhitida yaxshi barqarorlikka ega.
Lityum temir fosfat materiallarini ishlab chiqarishda ishlatiladigan ishlab chiqarish uskunalari
▲Ishlab chiqarish uskunasiga qo'yiladigan talablar:;Aralash uskunalari;Quritish uskunalari;Sinterlash uskunalari,;Maydalash uskunalari; Skrining uskunasi; Azot generatori; Qadoqlash uskunalari.
Lityum temir fosfat (LFP) katod materiallari litiy{0}}ionli batareyalar ishlab chiqarishda foydalanilganda, ularning tozaligi, fazasi va aralashmalariga qo'yiladigan talablar juda qattiq bo'ladi. Masalan, LFPdagi ikki valentli temirning oksidlanish darajasi 1% ga yetganda, o'ziga xos quvvat 30% dan ko'proq pasayishi mumkin. Buning sababi shundaki, yangi hosil bo'lgan uch valentli temir LFP yuzasini qoplaydi va reaktiv qatlam hosil qiladi, bu esa keyingi ichki reaktsiyalarning oldini oladi. Agar LFP allaqachon oksidlangan bo'lsa, keyingi pasaytirish usullari LFPni keltira olmaydi, chunki xom ashyo tarkibidagi litiy ionlari allaqachon yo'qolgan.
Litiy temir fosfatli materiallarni temir oksalat usuli bilan tayyorlash
▲Sintez printsipi
▲Asosiy sintetik xom ashyo
▲Sintez jarayoni
▲Sintetik materiallarning ishlashi
Xom ashyo sifatida temir oksalatdan foydalangan holda lityum temir fosfatini sintez qilish jarayoni temir oksalat usuli (yoki oddiygina temir usuli) deb ataladi. Hozirgi vaqtda temir oksalat usuli Xitoyda eng ko'p qo'llaniladigan jarayon va usul bo'lib, mahalliy ishlab chiqaruvchilarning yarmidan ko'pi undan foydalanadi. Uning asosiy afzalliklari past xom ashyo xarajatlari, oddiy jarayon va ingredientlar nisbatlarini oson nazorat qilishdir.
Litiy temir fosfat materiallarini karbotermik qaytarilish yo'li bilan tayyorlash
▲Sintez printsipi
▲Asosiy sintetik xom ashyo
▲Sintez jarayoni
▲Sintetik materiallarning ishlashi
Lityum temir fosfat (LiFePO4) materiallarini ishlab chiqaruvchi ishlab chiqaruvchilar orasida karbotermik pasayish usuli hozirda temir oksalat usulidan keyin eng ko'p qo'llaniladigan ikkinchi texnologiya hisoblanadi. Uning asosiy xom ashyosi temir temir (Fe2PO4), shu jumladan temir fosfat (Fe2PO4) va temir oksidi (Fe2O3) hisoblanadi. Reaksiya jarayonida uglerod (C) va uglerod oksidi (C2O3) temir temirni (Fe2PO4) qora temirga (Fe2+) kamaytiradi, so‘ngra kristall panjara ichiga kirib, lityum temir fosfatning (LiFePO4) kristall tuzilishini hosil qiladi.
Karbotermik qaytarilish usulining afzalligi shundaki, qayta ishlash jarayonida xom ashyoning oksidlanishini hisobga olish kerak emas; istalgan dispersiya holatiga erishish uchun xom ashyoni qayta ishlash uchun turli xil aralashtirish usullaridan foydalanish mumkin. Faqat yuqori harorat bosqichida uglerod temir temirni temir temirga kamaytiradi, lityum temir fosfat hosil qiladi, shuning uchun karbotermik kamaytirish usuli deb ataladi. Karbotermik pasaytirish usuli bir qadam -kamaytirishga erishadi, gaz chiqishini kamaytiradi va hosildorlikni oshirish uchun foydalidir. Shu bilan birga, sintez jarayoni oddiy va nazorat qilish oson, bu esa karbotermik kamaytirish usulini qo'llaydigan kompaniyalar sonining ko'payishiga olib keladi.
Litiy temir fosfat materiallarini gidrotermik tayyorlash
▲Sintez printsipi
▲Asosiy sintetik xom ashyo
▲Sintez jarayoni
▲Sintetik materiallarning ishlashi
Gidrotermal usul lityum temir fosfatli katod materiallarini tayyorlash uchun nisbatan rivojlangan usuldir. Uning asosiy jarayoni temir sulfat, litiy gidroksid va fosfor kislotasini suvda eritib, yuqori{2}}haroratli, yuqori-bosimli suvli eritma hosil qilish uchun yopiq muhitda eritmani 100 darajadan yuqori qizdiradigan o'ta kritik gidrotermal tizimdan foydalanadi. Reaksiya ion diffuziyasi orqali litiy temir fosfat kristalli zarralarini hosil qiladi. Sof lityum temir fosfat moddasi filtrlanadi, quritiladi va uglerod{6}}qoplanib, lityum temir fosfat/uglerod kompozitsiyasi hosil bo'ladi.
Lityum temir fosfat materiallari uchun an'anaviy sinov va tahlil usullari
▲Kimyoviy tarkibni tahlil qilish va lityum temir fosfat materiallarini sinash usullari
▲Lityum temir fosfat materiallari uchun jismoniy xususiyatlarni tekshirish usullari
▲Lityum temir fosfat materiallari uchun elektrokimyoviy ishlashni tekshirish usullari
▲Lityum temir fosfat materiallarining amaliy qo'llanilishini baholash
Lityum temir fosfat (LFP) materiallari uchun sinov sintez jarayonini boshqarishdan ham muhimroq bo'lgan asosiy texnologiyadir. Aniq va aniq sinov ma'lumotlarisiz barqaror jarayon sharoitlarini olish mumkin emas va shuning uchun foydalanish talablariga javob beradigan malakali LFP mahsulotlarini ishlab chiqarish mumkin emas. Materiallarni qattiq sinovdan o'tkazish butun ishlab chiqarish jarayonida, xom ashyoni sotib olish va sintez qilishdan tayyor mahsulotni baholashgacha bo'lgan muhim ahamiyatga ega. Shuning uchun, LFPni tadqiq qiladigan va ishlab chiqaradigan har qanday bo'linma o'zining sinov tizimini qurishga katta e'tibor berishi kerak. Murakkab sinov uskunalari, qat'iy sinov usullari va yaxshi o'qitilgan sinov xodimlari-kompaniyaning sanoatdagi o'z mavqeini saqlab qolishining asosiy shartlaridir.
Lityum temir fosfat materiallarining boshqa xarakterli xususiyatlarini tahlil qilish
▲Lityum temir fosfat materiallarining elektrokimyoviy ko'rsatkichlarini tahlil qilish
▲Lityum temir fosfat materiallarining elektron mikroskopik morfologiyasi tahlili
▲Litiy temir fosfat materiallarining sirt energiyasi
▲Litiy temir fosfat materiallarida temirning eruvchanligini o'lchash
▲Litiy temir fosfatli materiallarning spektroskopik xususiyatlari
Lityum temir fosfat materiallarini amaliy qo'llashda, muntazam ishlash testlariga qo'shimcha ravishda, materialning ishlashini baholash va batareyani ishlab chiqarish jarayonlari uchun ma'lumotnoma berish uchun ba'zi o'ziga xos xususiyatlarni o'lchash ham kerak. Texnologiyaning rivojlanishi bilan, ilgari faqat to'liq hujayralar yordamida o'lchash mumkin bo'lgan ba'zi parametrlarni endi oddiy usullar yordamida aniqlash mumkin. Misol uchun, lityum temir fosfat materiallarining aylanish ko'rsatkichlari, ayniqsa uglerod aylanishining ishlashi, endi maxsus mo'ljallangan tanga xujayralari yordamida baholanishi mumkin, bu esa o'lchash jarayonini sezilarli darajada soddalashtiradi.
Lityum temir fosfat materiallaridan foydalangan holda batareya ishlab chiqarish texnologiyasi
▲Lityum temir fosfat batareyasi tizimining dizayn xususiyatlari
▲Lityum temir fosfat moddasi atala tayyorlash texnologiyasi
▲Litiy temir fosfat shlamini qoplash
▲Litiy temir fosfat elektrodlarini siljitish
▲Transformatsiya va bo'linish
▲Batareya ishlab chiqarishning boshqa misollari
Har qanday litiy{0}}ion batareya uchun dastlabki dizayn asosiy vazifa hisoblanadi. Dizayn ishi litiy{2}}ionli batareyani ishlab chiqarish jarayonini aniqlashni o'z ichiga oladi. Batareyaning ishlashi asosan elektrodlar tomonidan aniqlanganligi sababli, elektrod dizayni batareyani ishlab chiqarish jarayonining asosiy jihati hisoblanadi. Bu lityum temir fosfatli batareyalar uchun ham amal qiladi.
Lityum temir fosfat batareyalarining asosiy qo'llanilishi
▲litiy temir fosfat batareyalarini elektr transport vositalarida qo'llash
▲Lityum temir fosfatli batareyalarni energiyani saqlashda elektr ta'minotida qo'llash
▲Elektr asboblarida lityum temir fosfat batareyalarini qo'llash
▲Lityum temir fosfatli batareyalarni qo'llash
Lityum temir fosfat (LFP) lityum{0}}ionli batareyalar uchun katod materialidir va uning eng katta afzalligi yuqori xavfsizligi hisoblanadi. Shuningdek, u litiy marganets oksidi va nikel{2}}marganets-kobalt uchlik materiallariga ega bo'lmagan afzalliklarga ega, masalan, uzoq umr ko'rish muddati, arzon material narxi va ko'p xom ashyo manbalari. LFP batareyalari barqaror kuchlanishga, o'rtacha ish kuchlanishiga ega, elektrolitlar tizimlariga yaxshi mos keladi,-toksik emas, xotiraga ta'sir qilmaydi va atrof-muhitni ifloslantirmaydi. Ularning o‘ziga xos energiyasi 100–130 Vt/kg ga yetishi mumkin, bu qo‘rg‘oshinli akkumulyatorlardan 0,3–5 baravar,-nikel{13}}metallgidridli akkumulyatorlardan 1,5 baravar ko‘p. Uning ko'plab afzalliklarini hisobga olgan holda, u elektr transport vositalari, shamol va quyosh energiyasini saqlash va uyda foydalanish uchun xavfsiz zaxira batareyalar uchun ideal akkumulyator hisoblanadi.
Lityum{0}}ion batareyalar uchun boshqa katod materiallari uchun Outlook
▲Litiy vanadiy fosfat katodli material -
▲Lityum marganets fosfat katodli material
▲Litiy temir silikat katodli material
▲Litiy temir borat katodli material
▲Litiyga-boy qatlamli katod materiallari
Lityum temir fosfat (LFP) materiallarining paydo bo'lishi katta{0}}miqyosli lityum{1}}batareykalarni keng qo'llash uchun materialshunoslik asosini yaratdi.
Ma'lumki, litiy{0}}ionli batareyalarning xavfsizligi doimo sanoat rivojlanishini cheklovchi asosiy va muhim masala bo'lib kelgan. Materialning barqaror xususiyatlariga va murakkab qayta ishlash uskunalariga ega rivojlangan mamlakatlarda ham lityum{2}}ionli batareyalarning xavfsizligini to'liq kafolatlab bo'lmaydi. Mamlakatimda litiy{4}}ionli batareyalarni qayta ishlashning nisbatan past darajasini hisobga olsak, LFP-mamlakatimning milliy sharoitlariga mos keladi va batareya xavfsizligini sezilarli darajada yaxshilaydi.