Nuolat koreguojant pasaulinę energetikos struktūrą ir sparčiai vystantis atsinaujinančios energijos gamybai,energijos kaupimastechnologijos pamažu tampa svarbia energijos transformacijos atrama ir skatinančia būsimą ekonomikos plėtrą.
Įvadas į energijos kaupimo baterijų technologiją
▲Energijos konvertavimas, saugojimas ir panaudojimas
▲Energijos kaupimo technologijų klasifikavimas ir taikymas
▲Energijos kaupimo baterijų apžvalga
▲Energiją kaupiančių baterijų veikimo principas ir sudėtis
▲Energiją kaupiančių baterijų veikimo rodikliai ir susijusi terminija
Energija yra pagrindinė pasaulį varanti jėga ir pagrindinis išteklius, nuo kurio priklauso žmonių visuomenės vystymasis. Nuo pradinio ugnies naudojimo iki šiandieninės elektros energijos plėtra ir panaudojimas paskatino civilizacijos pažangą ir suformavo mūsų dabartinę socialinę struktūrą.
Nuolat augant pasaulinei energijos paklausai ir sparčiai vystantis atsinaujinančios energijos gamybai, energijos kaupimo baterijų technologija atsirado ir tapo itin svarbiu energetikos sektoriaus ramsčiu. Energiją kaupiančios baterijos gali efektyviai kaupti pertrūkius energijos šaltinius, tokius kaip vėjo ir saulės energija, ir išleisti juos didžiausios paklausos laikotarpiais, užtikrinant energijos tiekimo stabilumą. Ši technologija ne tik sumažina priklausomybę nuo tradicinio iškastinio kuro, bet ir suteikia svarbių garantijų, kad būtų sukurtos mažai-išskiriančios ir tvarios energijos sistemos.
Energijos kaupimo baterijų technologijos plėtra – nuo tradicinių švino-rūgštinių baterijų iki šiuolaikinių ličio-jonų, o vėliau ir iki naujų kietojo-kūno baterijų ir natrio-jonų baterijų, nuolat pramušamos technologinės kliūtys. Didinant energijos tankį, ilginant eksploatavimo trukmę ir didinant saugą, energijos kaupimo baterijos buvo plačiai pritaikytos tokiose srityse kaip energijos kaupimas namuose, transportavimas ir tinklo reguliavimas. Galima sakyti, kad energijos kaupimo baterijų technologija yra ne tik dabartinės energijos struktūros transformacijos, bet ir ateities išmaniųjų tinklų bei paskirstytų energijos sistemų pagrindas.
Ličio{0}}baterijos energijos kaupimo technologija
▲Ličio{0}}jonų akumuliatorių struktūra ir veikimo principas
▲Ličio{0}}jonų baterijų katodo medžiagos
▲Ličio{0}}jonų akumuliatoriaus anodo medžiagos
▲Ličio{0}}jonų akumuliatoriaus elektrolitas
▲Ličio{0}}jonų baterijų projektavimas ir gamyba
1970 m. MS Whittingham iš „ExxonMobil“ sukūrė pirmąją ličio -jonų bateriją. Jis naudojo titano disulfidą ir metalinį litį atitinkamai kaip teigiamus ir neigiamus elektrodus. Įkrovimo ir iškrovimo metu metalinis litis nuolat suvartojamas ir generuojamas prie neigiamo elektrodo, o titano disulfidas nuolat įterpia ir ištraukia ličio jonus prie teigiamo elektrodo. Šie du procesai yra grįžtami per visą akumuliatoriaus eksploatavimo laiką, todėl susidaro antrinė ličio -jonų baterija, kurios įtampa yra 2 V. 1982 m. RR Agarwal ir JR Selman iš Ilinojaus technologijos instituto išsiaiškino, kad ličio jonai turi savybę įsiterpti į grafitą, o procesas yra greitas ir grįžtamas. tyrimų, plėtros ir evoliucijos procesas. Dėl savo puikių ir patogių našumo jie vis labiau įsiskverbia į įvairias sritis – nuo 3C produktų, tokių kaip mobilieji telefonai ir planšetiniai kompiuteriai, iki energijos energijos sektorių, pvz., elektrinių transporto priemonių, ir didelio masto energijos kaupimo laukų, pvz., fotovoltinės ir vėjo energijos, ir tai daro didelę įtaką socialiniam gyvenimui.
Kas yra baterija?
▲ Akumuliatoriaus kūrimo istorija
▲Ličio{0}}jonų baterijų įvadas
▲ Ličio{0}}jonų akumuliatorių savybės
▲ Pagrindinės medžiagos ličio{0}}jonų akumuliatoriuose
Baterija yra maitinimo šaltinio tipas. Energijos šaltiniai paprastai skirstomi į fizinius ir cheminius energijos šaltinius. Fiziniai energijos šaltiniai yra saulės energijos generavimo įrenginiai, termoelektrinės energijos generavimo įrenginiai, šiluminiai ir hidroelektriniai generatoriai ir kt.; o cheminiai energijos šaltiniai reiškia elektros energijos generavimo įrenginius, kurie gali tiesiogiai paversti cheminę energiją elektros energija, tai yra cheminėmis baterijomis bendrąja prasme arba tiesiog baterijomis.
Akumuliatorių sistemos vystėsi per keturias kartas: švino-rūgštinės baterijos, nikelio-kadmio baterijos, nikelio-metalo hidrido baterijos ir ličio-jonų baterijos. Akumuliatoriaus našumas nuolat gerėjo, o žmonių supratimas apie akumuliatorių sistemas gilėjo. Šiuo metu ličio -jonų baterijos yra efektyviausia ir energiją- efektyviausia įkraunamų baterijų sistema, atitinkanti aukščiausią žmogaus baterijų tyrimų ir technologijų lygį.
Ličio geležies fosfato medžiagų tyrimų ir plėtros istorija
▲ Ličio geležies fosfato medžiagų vystymosi istorija
▲ Ličio geležies fosfato patentas
▲ Ličio geležies fosfato medžiagų struktūriniai ir eksploatacinių savybių tyrimai
Ličio geležies fosfatas (LiFeP, LFP, taip pat žinomas kaip ličio geležies fosfatas arba ličio geležies fosfatas) yra katodo medžiaga, naudojama ličio -jonų akumuliatoriuose. Jai būdingas vertingų elementų, tokių kaip kobaltas ir nikelis, nebuvimas, žemos žaliavų kainos, gausūs fosforo, ličio ir geležies ištekliai žemės plutoje, kurie gali patenkinti rinkos paklausą, viršijančią milijoną tonų per metus. Kaip katodo medžiaga, ličio geležies fosfatas turi vidutinę darbinę įtampą (3,2 V), didelę specifinę talpą (170 mA·h/g), didelę iškrovimo galią, greito įkrovimo galimybę, ilgą ciklo tarnavimo laiką ir gerą stabilumą esant aukštai temperatūrai ir aukštai temperatūrai.
Ličio geležies fosfato medžiagų gamybai naudojama gamybos įranga
▲ Reikalavimai gamybinei įrangai:; Maišymo įranga; Džiovinimo įranga; Sukepinimo įranga,; Smulkinimo įranga; Atrankos įranga; Azoto generatorius; pakavimo įranga.
Kai ličio{0}}jonų akumuliatorių gamyboje naudojamos ličio geležies fosfato (LFP) katodo medžiagos, jų grynumo, fazės ir priemaišų reikalavimai yra itin griežti. Pavyzdžiui, kai dvivalenčios geležies oksidacijos laipsnis LFP pasiekia 1%, savitasis pajėgumas gali sumažėti daugiau nei 30%. Taip yra todėl, kad naujai sukurta trivalentė geležis padengia LFP paviršių, sudarydama reaktyvų sluoksnį, kuris apsaugo nuo tolesnių vidinių reakcijų. Jei LFP jau buvo oksiduotas, vėlesni redukcijos metodai negali duoti LFP, nes žaliavoje esantys ličio jonai jau buvo prarasti.
Ličio geležies fosfatų medžiagų paruošimas geležies oksalato metodu
▲Sintezės principas
▲ Pagrindinės sintetinės žaliavos
▲Sintezės procesas
▲ Sintetinių medžiagų eksploatacinės savybės
Ličio geležies fosfato sintezės procesas, naudojant geležies oksalatą kaip žaliavą, vadinamas geležies oksalato metodu (arba tiesiog geležies metodu). Šiuo metu geležies oksalato metodas yra plačiausiai naudojamas procesas ir metodas Kinijoje, jį naudoja daugiau nei pusė vietinių gamintojų. Pagrindiniai jo pranašumai yra mažos žaliavų sąnaudos, paprastas procesas ir lengvas ingredientų santykio valdymas.
Ličio geležies fosfato medžiagų paruošimas karboterminiu redukavimu
▲Sintezės principas
▲ Pagrindinės sintetinės žaliavos
▲Sintezės procesas
▲ Sintetinių medžiagų eksploatacinės savybės
Tarp gamintojų, gaminančių ličio geležies fosfato (LiFePO4) medžiagas, karboterminis redukcijos metodas šiuo metu yra antras plačiausiai naudojamas technologija po geležies oksalato metodo. Pagrindinė jo žaliava yra geležies geležis (Fe2PO4), įskaitant geležies fosfatą (Fe2PO4) ir geležies oksidą (Fe2O3). Reakcijos metu anglis (C) ir anglies monoksidas (C2O3) redukuoja geležies geležį (Fe2PO4) į juodąją geležį (Fe2+), kuri vėliau patenka į kristalinę gardelę, sudarydama ličio geležies fosfato (LiFePO4) kristalinę struktūrą.
Karboterminio redukcijos metodo pranašumas yra tas, kad perdirbant nereikia atsižvelgti į žaliavų oksidaciją; Norint pasiekti norimą dispersijos būseną, žaliavoms apdoroti gali būti naudojami įvairūs maišymo būdai. Tik esant aukštai temperatūrai, anglis redukuoja geležies geležį į juodąją geležį, sudarydama ličio geležies fosfatą, todėl vadinama karboterminio redukcijos metodu. Taikant karboterminį redukcijos metodą pasiekiamas vieno-veiksmo sumažinimas, sumažėja dujų išeiga ir jis yra naudingas gerinant derlių. Tuo pačiu metu sintezės procesas yra paprastas ir lengvai valdomas, todėl vis daugiau įmonių taiko karboterminio redukcijos metodą.
Hidroterminis ličio geležies fosfato medžiagų paruošimas
▲Sintezės principas
▲ Pagrindinės sintetinės žaliavos
▲Sintezės procesas
▲ Sintetinių medžiagų eksploatacinės savybės
Hidroterminis metodas yra gana pažangus ličio geležies fosfato katodo medžiagų paruošimo metodas. Jo pagrindiniame procese naudojama superkritinė hidroterminė sistema, ištirpinanti geležies sulfatą, ličio hidroksidą ir fosforo rūgštį vandenyje, kaitinant tirpalą iki daugiau nei 100 laipsnių sandarioje aplinkoje, kad susidarytų aukštos -temperatūros, aukšto -slėgio vandeninis tirpalas. Reakcija vyksta per jonų difuziją ir susidaro ličio geležies fosfato kristalų dalelės. Tada gryna ličio geležies fosfato medžiaga filtruojama, išdžiovinama ir padengiama anglimi, kad susidarytų ličio geležies fosfato ir anglies kompozicija.
Įprasti ličio geležies fosfato medžiagų bandymo ir analizės metodai
▲ Ličio geležies fosfato medžiagų cheminės sudėties analizės ir bandymo metodai
▲ Ličio geležies fosfato medžiagų fizikinių savybių tyrimo metodai
▲ Ličio geležies fosfato medžiagų elektrocheminių charakteristikų bandymo metodai
▲ Ličio geležies fosfato medžiagų praktinio pritaikymo įvertinimas
Ličio geležies fosfato (LFP) medžiagų bandymai yra pagrindinė technologija, dar svarbesnė nei sintezės proceso kontrolė. Be tikslių ir tikslių testavimo duomenų negalima gauti stabilių proceso sąlygų, todėl negalima pagaminti kvalifikuotų LFP produktų, atitinkančių naudojimo reikalavimus. Griežtas medžiagų bandymas yra būtinas viso gamybos proceso metu, nuo žaliavų įsigijimo ir sintezės iki galutinio produkto įvertinimo. Todėl bet kuris padalinys, tiriantis ir gaminantis LFP, turi skirti daug dėmesio savo testavimo sistemos kūrimui. Sudėtingos testavimo įrangos, griežtų testavimo metodų ir gerai-apmokytų testavimo personalo naudojimas yra pagrindinės sąlygos, kad įmonė išlaikytų savo pozicijas pramonėje.
Kitų būdingų ličio geležies fosfato medžiagų savybių analizė
▲ Ličio geležies fosfato medžiagų elektrocheminė charakteristikų analizė
▲ Ličio geležies fosfato medžiagų elektronų mikroskopinė morfologijos analizė
▲ Ličio geležies fosfato medžiagų paviršiaus energija
▲ Geležies tirpumo ličio geležies fosfato medžiagose matavimas
▲ Ličio geležies fosfato medžiagų spektroskopinės charakteristikos
Praktiškai taikant ličio geležies fosfato medžiagas, be įprastų eksploatacinių savybių bandymų, taip pat būtina išmatuoti kai kurias specifines savybes, kad būtų galima gauti informacijos apie medžiagų eksploatacinių savybių įvertinimą ir baterijų gamybos procesus. Tobulėjant technologijoms, kai kuriuos parametrus, kuriuos anksčiau buvo galima išmatuoti tik naudojant pilnus elementus, dabar galima nustatyti naudojant paprastus metodus. Pavyzdžiui, ličio geležies fosfato medžiagų ciklo efektyvumą, ypač anglies ciklo veikimą, dabar galima įvertinti naudojant specialiai sukurtas monetų elementus, o tai labai supaprastina matavimo procesą.
Baterijų gamybos technologija naudojant ličio geležies fosfato medžiagas
▲ Ličio geležies fosfato akumuliatoriaus sistemos projektavimo specifikacijos
▲ Ličio geležies fosfato medžiagos srutų paruošimo technologija
▲ Ličio geležies fosfato srutos padengimas
▲ Ličio geležies fosfato elektrodų valcavimas
▲Transformacija ir padalijimas
▲Kiti baterijų gamybos pavyzdžiai
Bet kurio ličio{0}}jonų akumuliatoriaus pirminis dizainas yra pagrindinė užduotis. Projektavimo darbai apima ličio -jonų akumuliatoriaus gamybos proceso nustatymą. Kadangi akumuliatoriaus veikimą daugiausia lemia elektrodai, elektrodų konstrukcija yra pagrindinis akumuliatoriaus gamybos proceso aspektas. Tai pasakytina ir apie ličio geležies fosfato baterijas.
Pagrindinės ličio geležies fosfato baterijų naudojimo sritys
▲ Ličio geležies fosfato akumuliatorių taikymas elektriniuose transporto įrenginiuose
▲ Ličio geležies fosfato baterijų pritaikymas energijos kaupimui
▲ Ličio geležies fosfato akumuliatorių taikymas elektriniuose įrankiuose
▲ Ličio geležies fosfato baterijų pritaikymas
Ličio geležies fosfatas (LFP) yra ličio{0}}jonų baterijų katodo medžiaga, o didžiausias jo pranašumas yra didelis saugumas. Jis taip pat turi privalumų, kurių trūksta ličio mangano oksidui ir nikelio -mangano-trikomponentėms kobalto medžiagoms, pvz., ilgas ciklas, maža medžiagų kaina ir gausūs žaliavų šaltiniai. LFP akumuliatoriai turi stabilią įtampą, vidutinę darbinę įtampą, gerai suderinami su elektrolitų sistemomis, yra netoksiški, neturi atminties efekto ir neteršia aplinkos. Jų specifinė energija gali siekti 100–130 Wh/kg, o tai yra 0,3–5 kartus daugiau nei švino -rūgštinių baterijų ir 1,5 karto daugiau nei nikelio-metalo hidrido baterijų. Atsižvelgiant į daugybę privalumų, jis laikomas idealiu akumuliatoriumi elektrinėms transporto priemonėms, vėjo ir saulės energijos kaupimui bei saugiomis atsarginėmis baterijomis naudojimui namuose.
„Outlook“ kitoms katodinėms medžiagoms, skirtoms ličio{0}}jonų baterijoms
▲ Ličio vanadžio fosfato katodo medžiaga -
▲ Ličio mangano fosfato katodo medžiaga
▲ Ličio geležies silikato katodo medžiaga
▲ Ličio geležies borato katodo medžiaga
▲ Ličio-daug sluoksniuotos katodinės medžiagos
Ličio geležies fosfato (LFP) medžiagų atsiradimas padėjo medžiagų mokslo pagrindą plačiai taikyti didelės apimties{0}}ličio-jonų baterijas.
Kaip gerai žinoma, ličio{0}}jonų baterijų sauga visada buvo pagrindinė ir kritinė problema, ribojanti pramonės plėtrą. Net išsivysčiusiose šalyse, turinčiose stabilias medžiagų savybes ir sudėtingą apdorojimo įrangą, ličio -jonų akumuliatorių sauga negali būti visiškai garantuota. Atsižvelgiant į dabartinį palyginti žemą ličio -jonų baterijų apdorojimo lygį mano šalyje, LFP puikiai tinka-mano šalies nacionalinėms sąlygoms ir žymiai pagerina akumuliatoriaus saugą.