Við áhaldandi tillagingini av alheims orkubygnaðinum og skjótu menningini av varandi orku,orkugoymslatøknin gerst so við og við ein týðandi stuðul til orkuumlegging og at reka framtíðar búskaparliga menning.
Inngangur til orkugoymslubattarítøkni
▲Orkuumlegging, goymsla og nýtsla
▲Flokking og nýtsla av orkugoymslutøkni
▲Yvirlit yvir orkugoymslubattarí
▲Arbeiðsmeginregla og samanseting av orkugoymslubattaríum
▲Avrikisvísarar og tilhoyrandi hugtøk fyri orkugoymslubattarí
Orka er tann grundleggjandi kreftin, sum drívur heimin og eitt kjarnutilfeingi, sum mannasamfelagið er treytað av fyri menningini. Frá fyrstu nýtsluni av eldi til dagsins streym hevur menningin og nýtslan av orku drivið framgongdina í siðmenningini og myndað okkara núverandi samfelagsbygnað.
Við áhaldandi vøkstrinum í alheims orkutørvinum og skjótu menningini av varandi orku er orkugoymslubattarítøknin komin fram og vorðin ein avgerandi súla á orkuøkinum. Orkugoymslubattarí kunnu á effektivan hátt goyma avbjóðandi orkukeldur sum vind- og sólorku og sleppa teimum í topptørvum, og tryggja stabilitetin í orkuveitingini. Henda tøknin minkar ikki bert um avhengi av siðbundnum fossilum brennievnum, men gevur eisini týðandi trygdir fyri at fáa lág-koltvísýrings- og burðardyggar orkuskipanir.
Menningin av orkugoymslubattarítøkni, frá siðbundnum blý-sýrubattaríum til nútímans litium-ionbattarí, og síðani til nýggj fast-battarí og natrium{3}}ionbattarí, brýtur støðugt ígjøgnum tøkniligar fløskuhálsar. Við at betra um orkutættleikan, leingja um livitíðina og økja um trygdina hava orkugoymslubattarí víst breiðar nýtslumøguleikar á økjum sum orkugoymslu heima, samferðslu og netregulering. Sigast kann, at orkugoymslubattarítøkni ikki bert er lykilin til verandi orkubygnaðarumlegging men eisini kjarnin í framtíðar snildnetverkum og býttum orkuskipanum.
Litium-baserað battaríorkugoymslutøkni
▲Bygnaður og arbeiðsmeginregla hjá litium-ion battaríum
▲Litium-ion battarí katodu tilfar
▲Litium-ion battarí anodu tilfar
▲Litium{0}}ion battarí elektrolytt
▲Sniðgeving og framleiðsla av litium-ion battaríum
Í 1970 gjørdi MS Whittingham frá ExxonMobil fyrsta litium-ion battaríið. Hann brúkti ávikavist titandisulfid og metallitium sum positivu og negativu elektrodurnar. Undir løðing og útløðing verður metalliskt litium áhaldandi nýtt og framleitt við negativu elektroduna, meðan titandisulfid áhaldandi setur inn og dregur litiumjonir við positivu elektroduna. Hesar báðar tilgongdirnar eru afturvendandi gjøgnum alla lívstíðina hjá battarínum, og mynda sostatt eitt sekundært litium-ionbattarí við spenningi uppá 2V.Í 1982 funnu R. R. Agarwal og J. R. Selman frá Illinois Institute of Technology útav, at skjóttgangandi litium-ionir hava tann eginleikan, at tilgongdarførar og litium-ionir hava eginleikan, at skjóttgangandi litium- og litium-ionir hava ein... byrjanina, hava litium-ion battarí verið ígjøgnum eina tilgongd av gransking, menning og menning. Við teirra yvirskipaðu og hóskandi avriki, gjøgnumganga tey alsamt meira ymisk øki, frá 3C vørum sum fartelefonum og teldum til orkuøki sum el-akfør og stór -skala orkugoymsluøki sum ljósframleiðslu og vindorku, og ávirka munandi sosiala lívið.
Hvat er eitt battarí?
▲Battarímenningarsøga
▲Inngangur til litium-ion battarí
▲Eginleikar hjá litium-ion battaríum
▲Lyklatilfar í litium-ion battaríum
Eitt battarí er eitt slag av streymkeldu. Orkukeldur eru sum heild býttar upp í fysiskar orkukeldur og kemiskar orkukeldur. Fysiskar orkukeldur fevna um sólorkuframleiðslutólini, hitael-orkuframleiðslutólini, hita- og vatnorkugeneratorar o.s.fr.; meðan evnafrøðiligar orkukeldur vísa til orkuframleiðslutól, sum beinleiðis kunnu umskapa evnafrøðiliga orku til el-orku, tað vil siga evnafrøðilig battarí í almennari merking, ella bara battarí.
Battarískipanir hava ment seg gjøgnum fýra ættarlið: blý-sýrubattarí, nikkel-kadmiumbattarí, nikkel-metalhydridbattarí, og litium-ionbattarí. Battarívirksemið er støðugt batnað, og menniskjansliga fatanin av battarískipanum er dýpkað. Í løtuni eru litium-ion battarí tann mest effektiva og orku-effektiva løðibattarískipanin, sum umboðar hægsta støðið í mannabattarígransking og tøkni.
Gransking og menningarsøga av litiumjarnfosfattilfari
▲Menningarsøga av litiumjarnfosfattilfari
▲Patentstøða av litiumjarnfosfati
▲Struktur- og avrikiskanningar av litiumjarnfosfattilfari
Litiumjarnfosfat (LiFeP, LFP, eisini kent sum litiumjarnfosfat ella litiumjarnfosfat) er eitt katodutilfar, sum verður brúkt í litium-ionbattaríum. Tað er eyðkent av, at dýrabart evni sum kobolt og nikkel ikki eru til staðar, lágir rávøruprísir, og nógv fosfor, litium og jarntilfeingi í jarðarskorpuni, sum kann nøkta marknaðartørvin uppá meira enn eina millión tons um árið. Sum katodutilfar hevur litiumjarnfosfat eina hóvliga rakstrarspenning (3,2V), høgan serligan kapasitet (170mA·h/g), høga útløðingarmegi, skjótan løðiførleika, langa cykluslívstíð, og góðan stabilitet undir høgum hita og høgum hitaumhvørvum.
Framleiðsluútgerð, sum verður nýtt til framleiðslu av litiumjarnfosfattilfari
▲Framleiðsluútgerð Krøv:;Blandaútgerð;Turkiútgerð;Sinteringsútgerð,;Knúsiútgerð; Skjálvtaútgerð; Køvievnisgenerator;Pakkiútgerð.
Tá litiumjarnfosfat (LFP) katodutilfar verður nýtt í litium-ion battaríframleiðslu, eru krøvini til reinleika, fasu og óreinindi teirra ógvuliga strangar. Til dømis kann tann serligi kapasiteturin minka við meira enn 30%, tá ið oxideringsstigið av tvívirðisjarni í LFP røkkur 1%. Hetta er tí, at tað nýframleidda trívirðisjarnið klæðir yvirflatuna á LFP, og myndar eitt reaktivt lag, sum forðar fyri fleiri innanhýsis reaktiónum. Um LFP longu er oxiderað, kunnu eftirfylgjandi reduktiónshættir ikki geva LFP, tí litiumjonirnar í rávøruni eru longu farnar burtur.
Tilgerð av litiumjarnfosfattilfari við jarnoksalathátti
▲Samansetingarmeginregla
▲Høvuðssyntetiskar rávørur
▲Samansetingargongd
▲Avrikið av syntetiskum tilfari
Tilgongdin at syntetisera litiumjarnfosfat við at brúka jarn-oxalat sum rávøru eitur jarn-oxalat-hátturin (ella einfalt jarn-hátturin). Í løtuni er jarnoxalathátturin tann mest brúkti tilgongdin og hátturin í Kina, har meira enn helmingurin av heimligu framleiðarunum brúka hann. Høvuðsfyrimunirnir eru lágur rávørukostnaður, einføld tilgongd og lætt stýring av tilfarslutfallinum.
Tilgerð av litiumjarnfosfattilfari við karbotermiskari reduktión
▲Samansetingarmeginregla
▲Høvuðssyntetiskar rávørur
▲Samansetingargongd
▲Avrikið av syntetiskum tilfari
Millum framleiðarar, sum framleiða litiumjarnfosfat (LiFePO4) tilfar, er karbotermiski reduktiónshátturin í løtuni tann næstmest brúkta tøknin eftir jarn-oxalatháttin. Høvuðsrávøran hjá henni er jarnjarn (Fe2PO4), harímillum jarnfosfat (Fe2PO4) og jarnoxid (Fe2O3). Undir reaktiónini minka kol (C) og kolmonoxid (C2O3) jarnjarn (Fe2PO4) til jarnjarn (Fe2+), sum síðani fer inn í krystallgitterið og myndar kristallbygnaðin hjá litiumjarnfosfati (LiFePO4).
Fyrimunurin við karbotermiska reduktiónshættinum er, at ikki nýtist at hugsa um oxideringina av rávørunum undir virkingini; ymiskir blandingarhættir kunnu nýtast til at virka rávøruna fyri at fáa ynskta spjaðingstilstandin. Einans á háhitastiginum reducerar kol jarnjarn til jarnjarn, og myndar litiumjarnfosfat, og harvið navnið koltermiskur reduktiónsháttur. Karbotermiski reduktiónshátturin fær eitt-stigsreduktión, minkar um gassframleiðsluna, og er til gagns fyri at betra um avkastið. Samstundis er syntesutilgongdin einføld og løtt at stýra, og tað førir til, at alsamt fleiri fyritøkur taka karbotermiska reduktiónsháttin til sín.
Hydrotermisk tilgerð av litiumjarnfosfattilfari
▲Samansetingarmeginregla
▲Høvuðssyntetiskar rávørur
▲Samansetingargongd
▲Avrikið av syntetiskum tilfari
Hydrotermiski hátturin er ein lutfalsliga framkomin háttur at framleiða litiumjarnfosfatkatodutilfar. Høvuðstilgongdin hjá henni nýtir eina superkritiska hydrotermiska skipan, sum upploysir jarnsulfat, litiumhydroxid og fosforsýru í vatni, og hitar upploysingina til yvir 100 stig í einum innsiglaðum umhvørvi til at mynda eina há-hita, há-trýst vatnkenda upploysing. Reaktiónin gongur fram gjøgnum iondiffusión, og framleiðir litiumjarnfosfatkrystallpartiklar. Tað reina litiumjarnfosfattilfarið verður síðani sílað, turkað og kol-húðað til at mynda eina litiumjarnfosfat/kolsamsett.
Vanligir royndar- og greiningarhættir til litiumjarnfosfattilfar
▲Evnafrøðilig samansetingargreining og royndarhættir fyri litiumjarnfosfattilfar
▲Fysiskir eginleikaroyndarhættir til litiumjarnfosfattilfar
▲Elektrokemiskir avrikisroyndarhættir til litiumjarnfosfattilfar
▲Meting av ítøkiligum nýtslum av litiumjarnfosfattilfari
Fyri litiumjarnfosfat (LFP) tilfar er roynd ein kjarnutøkni, enn týdningarmiklari enn syntesuprosessstýring. Uttan nágreinilig og nágreinilig royndardáta kunnu ikki støðugar prosessviðurskifti fáast, og harvið kunnu kvalifiseraðar LFP-vørur, sum lúka nýtslukrøv, ikki framleiðast. Neyvar royndir av tilfari eru alneyðugar í allari framleiðslugongdini, frá rávøruinnkeypi og samanseting til lidnu vørumeting. Tí skal ein og hvør eind, sum granskar og framleiðir LFP, leggja stóran dent á at byggja sína royndarskipan. At nýta sofistikerda kanningarútgerð, neyvar kanningarhættir og væl-útbúgvið kanningarfólk eru grundleggjandi treytir fyri, at ein fyritøka kann varðveita sína støðu í vinnuni.
Greining av øðrum eyðkendum eginleikum hjá litiumjarnfosfattilfari
▲Elektrokemisk avrikisgreining av litiumjarnfosfattilfari
▲Elektronmikroskopisk morfologigreining av litiumjarnfosfattilfari
▲Yvirflatuorka av litiumjarnfosfattilfari
▲Máting av jarnloysni í litiumjarnfosfattilfari
▲Spektroskopiskir eginleikar av litiumjarnfosfattilfari
Í ítøkiligu nýtsluni av litiumjarnfosfattilfari er umframt vanligu avrikisroyndirnar eisini neyðugt at máta nakrar serligar eginleikar fyri at geva tilvísing til tilfarsvirkismeting og battaríframleiðslugongdir. Við tøkniligu framgongdini kunnu nakrir parametrar, sum fyrr bert kundu mátast við fullum kyknum, nú ásetast við einføldum hættum. Til dømis kann ringrásargongdin hjá litiumjarnfosfattilfari, serliga kolringrásargongdin, nú metast við at brúka serliga sniðgivnar myntkyknur, og tað einfaldar mátitilgongdina nógv.
Battaríframleiðslutøkni við litiumjarnfosfattilfari
▲Litiumjarnfosfatbattarískipan sniðgeving tekniskar upplýsingar
▲Litium jarnfosfat tilfar sløri tilgerð tøkni
▲Húð av litiumjarnfosfatsløri
▲Rulsing av litiumjarnfosfat elektrodum
▲Umskipan og býti
▲Onnur dømi um battaríframleiðslu
Fyri eitthvørt litium-ion battarí er byrjanarsniðið fremsta uppgávan. Sniðgevaraarbeiðið fevnir um at áseta framleiðslugongdina av litium-ion battarínum. Av tí at battarívirknið í høvuðsheitum er avgjørt av elektrodunum, er elektrodusniðgeving ein kjarnutáttur í battaríframleiðslugongdini. Hetta er eisini galdandi fyri litiumjarnfosfatbattarí.
Høvuðsnýtsluøki av litiumjarnfosfatbattaríum
▲Nýtsla av litiumjarnfosfatbattaríum í el-flutningstól
▲Nýtsla av litiumjarnfosfatbattaríum í orkugoymslustreymveitingar
▲Nýtsla av litiumjarnfosfatbattaríum í elverktøkum
▲Nýtsla av litiumjarnfosfatbattaríum
Litiumjarnfosfat (LFP) er katodutilfarið til litium-ion battarí, og størsti fyrimunur við tí er høga trygdin. Tað eigur eisini fyrimunir, sum litiummanganoxid og nikkel-mangan-kobolt ternar tilfar mangla, so sum langa ringrásarlívstíð, lágan tilfarskostnað og nógvar rávørukeldur. LFP battarí hava støðuga spenning, hóvliga rakstrarspenning, góða kompatibilitet við elektrolyttskipanir, eru ikki-eitrandi, hava onga minnivirknað, og dálka ikki umhvørvið. Teirra serliga orka kann røkka 100–130 Wh/kg, sum er 0,3–5 ferðir tann hjá blý-sýrubattaríum og 1,5 ferðir tann hjá nikkel-metalhydridbattaríum. Við teimum mongu fyrimunum verður tað mett at vera eitt perfekt battarí til el-akfør, vind- og sólorkugoymslu, og trygg backup-battarí til heimabrúk.
Útlitini fyri øðrum katodutilfari til litium-ion battarí
▲Litiumvanadiumfosfat katodutilfar -
▲Litiummanganfosfat katodutilfar
▲Litiumjarnsilikat katodutilfar
▲Litiumjarnborat katodutilfar
▲Litium-ríkt lagt katodutilfar
Tilfarið av litiumjarnfosfat (LFP) legði tilfarsvísindaliga grundarlagið undir víðgongdari nýtslu av stórum -ion battaríum.
Sum kunnugt hevur trygdin á litium-ion battaríum altíð verið eitt kjarnu- og avgerandi mál, sum avmarkar menningina í vinnuni. Sjálvt í framkomnum londum við støðugum tilfarseginleikum og sofistikerum virkisútgerð kann trygdin á litium-ion battaríum ikki tryggjast fult út. Við atliti at verandi lutfalsliga lága støði í litium-ion battaríviðgerð í mínum landi, er LFP væl-egnað til landsviðurskiftini í mínum landi, og betra munandi um battarítrygdina.