लिथियम आयरन फॉस्फेट

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लिथियम आयरन फॉस्फेट
File:ओलिविन की परमाणु संरचना 1.पीएनजी
File:लिथियम आयरन फॉस्फेट.एसवीजी
Names
IUPAC name
iron(2+) lithium phosphate (1:1:1)
Identifiers
3D model (JSmol)
ChemSpider
EC Number
  • 604-917-2
  • InChI=1S/Fe.Li.H3O4P/c;;1-5(2,3)4/h;;(H3,1,2,3,4)/q+2;+1;/p-3 checkY
    Key: GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K checkY
  • InChI=1S/Fe.Li.H3O4P/c;;1-5(2,3)4/h;;(H3,1,2,3,4)/q+2;+1;/p-3
  • Key: GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K
  • [Fe+2].[Li+].[O-]P([O-])([O-])=O
Properties
FeLiO
4P
Molar mass 157.757
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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लिथियम आयरन फॉस्फेट या लिथियम फेरो-फॉस्फेट (एलएफपी) एक अकार्बनिक यौगिक है जिसका सूत्र LiFePO
4 है। यह एक धूसर, लाल-धूसर, भूरा या काला ठोस है जो पानी में अघुलनशील है। सामग्री ने लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी के एक घटक के रूप में ध्यान आकर्षित किया है,[1] एक प्रकार की लिथियम आयन बैटरी। यह बैटरी रसायन बिजली के बिजली उपकरणों, बिजली के वाहनों, सौर ऊर्जा प्रतिष्ठानों और हाल ही में बड़े पैमाने पर ग्रिड-स्केल ऊर्जा भंडारण में उपयोग के लिए लक्षित है[2] ।[3]

उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स उत्पादों में उपयोग की जाने वाली अधिकांश लिथियम बैटरी (ली-आयन) अन्य लिथियम यौगिकों से बने कैथोड का उपयोग करती हैं, जैसे लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड (LiCoO
2), लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड (LiMn
2O
4), और लिथियम निकल ऑक्साइड (LiNiO
2) । एनोड सामान्यतः ग्रेफाइट के बने होते हैं।

लिथियम आयरन फॉस्फेट खनिज ट्राइफलाइट के रूप में स्वाभाविक रूप से उपस्थित है, लेकिन इस सामग्री में बैटरी में उपयोग के लिए अपर्याप्त शुद्धता है।

LiMPO
4

LiMPO
4 के सामान्य रासायनिक सूत्र के साथ, LiFePO
4 यौगिकों में परिवार ओलीवाइन संरचना को अपनाते हैं। एम में न केवल एफई बल्कि सीओ, एमएन और टीआई भी सम्मिलित हैं।[4] जैसा कि पहले वाणिज्यिक LiMPO
4 सी/LiFePO
4 था, LiMPO
4 का पूरा समूह को अनौपचारिक रूप से "लिथियम आयरन फॉस्फेट" या "LiFePO
4” कहा जाता है। यद्यपि, बैटरी की कैथोड सामग्री के रूप में एक से अधिक ओलिविन-प्रकार चरण का उपयोग किया जा सकता है। ओलिविन यौगिक जैसे A
yMPO
4, Li
1−xMFePO
4, और LiFePO
4−zM में LiMPO
4 के समान क्रिस्टल संरचनाएं हैं और इसे कैथोड मेंप्रतिस्थापित किया जा सकता है। सभी को "एलएफपी" के रूप में संदर्भित किया जा सकता है।

मैंगनीज, फॉस्फेट, लोहा और लिथियम भी एक ओलिविन संरचना बनाते हैं। यह संरचना लिथियम रिचार्जेबल बैटरी के कैथोड में एक उपयोगी योगदानकर्ता है।[5] यह ओलिविन संरचना के कारण होता है जब लिथियम को मैंगनीज, लोहा और फॉस्फेट (जैसा कि ऊपर वर्णित है) के साथ जोड़ा जाता है। लिथियम रिचार्जेबल बैटरी की ओलीवाइन संरचनाएं महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि वे सस्ती, स्थिर हैं, और ऊर्जा को संग्रह करने के लिए सुरक्षित रूप से उपयोग की जा सकती हैं।[6]

इतिहास और उत्पादन

अरुमुगम मंथीराम और जॉन बी. गुडएनफ ने सबसे पहली बार लिथियम आयन बैटरी के लिए कैथोड सामग्री के पॉलीयन वर्ग की पहचान की।[7][8][9] LiFePO
4 को तब पाधी एट अल द्वारा 1996 में बैटरी में उपयोग के लिए पॉलीयन वर्ग से संबंधित कैथोड सामग्री के रूप में पहचाना गया था।[10][11] LiFePO
4 से लिथियम का प्रतिवर्ती निष्कर्षण और FePO
4 में लिथियम का सम्मिलन प्रदर्शन किया गया। न्यूट्रॉन विवर्तन ने पुष्टि की कि एलएफपी लिथियम बैटरी के बड़े इनपुट/आउटपुट प्रवाह की सुरक्षा सुनिश्चित करने में सक्षम था।[12]

फॉस्फेट या फॉस्फोरिक एसिड के साथ विभिन्न प्रकार के लोहे और लिथियम लवण को गर्म करके सामग्री का उत्पादन किया जा सकता है। कई संबंधित मार्गों का वर्णन किया गया है जिनमें वे भी सम्मिलित हैं जो हाइड्रोथर्मल संश्लेषण का उपयोग करने वाले सहित ।[13]

भौतिक और रासायनिक गुण

LiFePO
4 में , लिथियम में +1 चार्ज, आयरन +2 चार्ज फॉस्फेट के लिए -3 चार्ज को संतुलित करता है। ली को हटाने पर, सामग्री फेरिक रूप FePO
4 में परिवर्तित हो जाती है ।[14]

लौह के परमाणु और 6 ऑक्सीजन परमाणु एक अष्टकोणीय समन्वय क्षेत्र बनाते हैं, जिसे FeO
6 के रूप में वर्णित किया गया है, जिसके केंद्र में Fe आयन होता है। फॉस्फेट समूह, PO
4 चतुष्फलकीय हैं। त्रिआयामी ढांचा FeO
6 ऑक्टाहेड्रा सहभाजन ओ कोनों द्वारा बनाया गया है। लिथियम आयन एक ज़िगज़ैग तरीके से ऑक्टाहेड्रल चैनलों के भीतर रहते हैं। क्रिस्टलोग्राफी में, इस संरचना को ऑर्थोरोम्बिक क्रिस्टल प्रणाली के पीएमएनबी अंतरिक्ष समूह से संबंधित मानी जाती है। जाली स्थिरांक हैं: a = 6.008 Å, b = 10.334 Å, और c = 4.693 Å। यूनिट सेल का आयतन 291.4 Å3 है।

दो पारंपरिक कैथोड सामग्री, LiMnO
4 और LiCoO
2 के विपरीत, LiMPO
4 के लिथियम आयन जाली के एक-आयामी मुक्त मात्रा में पलायन करते हैं। चार्ज/डिस्चार्ज के दौरान, लिथियम आयनों को Fe के ऑक्सीकरण के साथ सहवर्ती निकाले जाते हैं:

।

LiFePO
4 से लीथियम का निष्कर्षण एक समान संरचना के साथ FePO
4 का उत्पादन करता है। FePO
4 एक पीएमएनबी अंतरिक्ष समूह को अपनाता है 272.4 Å3 की इकाई सेल मात्रा होती है, जो इसके लिथियेटेड अग्रदूत की तुलना में केवल थोड़ा सा छोटा है। लिथियम आयनों का निष्कर्षण जाली की मात्रा को कम करता है, जैसा कि लिथियम ऑक्साइड के स्थिति में है। LiMPO
4 का कोना-साझा FeO
6 ऑक्टाहेड्रा को PO3−
4 टेट्राहेड्रा के ऑक्सीजन परमाणुओं द्वारा अलग किया जाते हैं और चालकता को कम करते हुए एक निरंतरFeO
6 संजाल नहीं बना सकता है।

आक्साइड केंद्रों की लगभग क्लोज-पैक हेक्सागोनल सरणी Li+
 आयन को भीतर माइग्रेट करने के लिए अपेक्षाकृत कम मुक्त मात्रा प्रदान करती है। इस कारण से, Li+
 की आयनिक चालकता (इलेक्ट्रोलाइटिक) परिवेश के तापमान पर अपेक्षाकृत कम है। FePO
4 के फैलाव और LiFePO
4 के विघटन के विवरण जांच की गई है। लिथियेटेड सामग्री के दो चरणों को फंसाया जाता है।[14][15]

अनुप्रयोग

See also: लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी

एलएफपी सेल में 3.3 वी का ऑपरेटिंग वोल्टेज, 170 एमएएच/जी का चार्ज घनत्व, उच्च शक्ति घनत्व, लंबे चक्र जीवन और उच्च तापमान पर स्थिरता होती है।

एलएफपी के प्रमुख वाणिज्यिक लाभ यह हैं कि यह अधितापन और विस्फोट जैसी कुछ सुरक्षा चिंताओं, साथ-साथ लंबे चक्र जीवनकाल, उच्च शक्ति घनत्व और व्यापक परिचालन तापमान रेंज है। बिजली संयंत्र और ऑटोमोबाइल एलएफपी का उपयोग करते हैं।[16][17]

बीएई ने घोषणा की है कि उनकी हाइब्रीड्राइव ओरियन 7 हाइब्रिड बस लगभग 180 किलोवाट एलएफपी बैटरी सेल का उपयोग करती है। एईएस ने बहु-ट्रिलियन वाट बैटरी प्रणाली विकसित किया है जो अतिरिक्त क्षमता और आवृत्ति समायोजन सहित पावर संजाल की सहायक सेवाओं में सक्षम हैं। चीन में, बीएके और टियांजिन लिशेन इस क्षेत्र में सक्रिय हैं।

तुलना

यद्यपि एलएफपी में ऑक्साइड (जैसे निकल-कोबाल्ट-मैंगनीज, एनसीएम) कैथोड सामग्री के साथ लिथियम बैटरी की तुलना में 25% कम विशिष्ट चार्ज (एएच/जी) होता है, क्योंकि इसकी परिचालन वोल्टेज (एनसीएम- प्रकार कैथोड केमिस्ट्री के लिए 3.2 वोल्ट बनाम 3.7) होती है, इसमें निकेल-हाइड्रोजन बैटरी की तुलना में 70% अधिक होता है।

एलएफपी बैटरी और अन्य लिथियम आयन बैटरी प्रकारों के बीच प्रमुख अंतर यह है कि एलएफपी बैटरी में कोई कोबाल्ट नहीं होता है (कोबाल्ट की उपलब्धता के बारे में नैतिक और आर्थिक प्रश्नों को हटाकर) और एक सपाट डिस्चार्ज वक्र होता है।

एलएफपी बैटरी में कमियां हैं, जो एलएफपी की उच्च इलेक्ट्रॉनिक प्रतिरोधकता के साथ-साथ कम अधिकतम चार्ज/डिस्चार्ज वोल्टेज से उत्पन्न होती हैं। ऊर्जा घनत्व LiCoO
2 की तुलना में बहुत कम है (यद्यपि निकेल-धातु हाइड्राइड बैटरी से अधिक)।

लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड आधारित बैटरी रसायन विज्ञान तापीय रनवे के लिए अधिक प्रवण होती हैं यदि ओवरचार्ज किया जाता है और कोबाल्ट दोनों महंगा है और भौगोलिक रूप से व्यापक रूप से उपलब्ध नहीं है। निकल-मैंगनीज-कोबाल्ट (एनएमसी) जैसे अन्य रसायन शास्त्रों ने अधिकांश अनुप्रयोगों में लिको रसायन विज्ञान सेल को प्रतिस्थापित कर दिया है। एनआई से एमn और सीओ का मूल अनुपात 3:3:3 था, जबकि आज, सेल को 8:1:1 या 6:2:2 के अनुपात में बनाया जा रहा है, जिससे सीओ सामग्री में भारी कमी आई है।

LiFePO4 बैटरियां की तुलना सीलबंद लीड एसिड बैटरियों से की जा सकती है और प्रायः इन्हें लेड एसिड अनुप्रयोगों के लिए ड्रॉप-इन प्रतिस्थापन के रूप में देखा जाता है। लिथियम आयरन फॉस्फेट और लेड एसिड के बीच सबसे उल्लेखनीय अंतर यह तथ्य है कि लिथियम बैटरी की क्षमता डिस्चार्ज दर पर केवल एक छोटी सी निर्भरता दिखाती है। बहुत अधिक डिस्चार्ज दरों के साथ, उदाहरण के लिए 0.8सी, लीड एसिड बैटरी की क्षमता रेटेड क्षमता का केवल 60% है। इसलिए, चक्रीय अनुप्रयोगों में जहां डिस्चार्ज दर प्रायः 0.1सी से अधिक होती है, कम रेट लिथियम बैटरी में प्रायः तुलनात्मक लीड एसिड बैटरी की तुलना में अधिक वास्तविक क्षमता होती है। इसका अर्थ है कि समान क्षमता रेटिंग पर, लिथियम की लागत अधिक होगी, लेकिन कम क्षमता वाली लिथियम बैटरी का उपयोग कम कीमत पर समान अनुप्रयोग के लिए किया जा सकता है। जीवनचक्र पर विचार करते समय स्वामित्व की लागत लीड एसिड बैटरी की तुलना में लिथियम बैटरी के मूल्य को और बढ़ा देती है।[18]

बौद्धिक संपदा

एलएफपी यौगिकों के मूल पेटेंट चार संगठनों के पास हैं। सामग्री की खोज के लिए टेक्सास-ऑस्टिन विश्वविद्यालय। कार्बन आवरण के लिए हाइड्रो-क्यूबेक, यूनिवर्सिटी डी मॉन्ट्रियल और फ्रेंच नेशनल सेंटर फॉर साइंटिफिक रिसर्च (सीएनआरएस) जो इसकी चालकता को बढ़ाते है और वास्तव में एलएफपी को औद्योगिक विकास के लिए उपयुक्त बनाते है।[19] ये पेटेंट परिपक्व बड़े पैमाने पर उत्पादन तकनीकों को का आधार हैं। सबसे बड़ी उत्पादन क्षमता 250 टन प्रति माह है। ए123 से Li
1−xMFePO
4 प्रमुख विशेषता नैनो-एलएफपी है, जो इसके भौतिक गुणों को संशोधित करता है और एनोड में उत्कृष्ट धातुओं को जोड़ता है, साथ ही कैथोड के रूप में विशेष ग्रेफाइट का उपयोग करता है।

फोस्टेक से LiMPO
4 की मुख्य विशेषता उपयुक्त कार्बन आवरण द्वारा बढ़ी हुई धारिता और चालकता है। अलीज़ से LiFePO
4 • जेडएम की विशेष विशेषता फेराइट्स और क्रिस्टल विकास के स्थिर नियंत्रण द्वारा प्राप्त उच्च समाई और कम प्रतिबाधा है। यह उन्नत नियंत्रण को उच्च अतिसंतृप्ति अवस्थाओं में अवस्थाओं पर मजबूत यांत्रिक सरगर्मी बलों को लागू करके महसूस किया जाता है, जो धातु ऑक्साइड और एलएफपी के क्रिस्टलीकरण को प्रेरित करता है।

2005 और 2006 में अमेरिका में पेटेंट याचिका में, ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय|टेक्सास-ऑस्टिन विश्वविद्यालय और हाइड्रो-क्यूबेक ने दावा किया कि कैथोड के रूप में LiFePO
4 ने उनके पेटेंट यूएस 5910382  और यूएस 6514640  का उल्लंघन किया। पेटेंट दावों में एक अद्वितीय क्रिस्टल सम्मिलित था बैटरी कैथोड सामग्री की संरचना और रासायनिक सूत्र।

7 अप्रैल, 2006 को, ए123 ने यूटी के पेटेंट को गैर-उल्लंघन और अमान्य घोषणा करने की मांग करते हुए एक कार्रवाई की। ए123 ने संयुक्त राज्य अमेरिका पेटेंट और ट्रेडमार्क कार्यालय (यूएसपीटीओ) के समक्ष अलग से दो एकपक्षीय पुन: परीक्षा कार्यवाही की, जिसमें उन्होंने पूर्व कला के आधार पर पेटेंट को अमान्य करने की मांग की।

एक समानांतर न्यायालय कार्यवाही में, यूटी ने वैलेंस टेक्नोलॉजी, इंक. (वैलेंस) पर अभियोजित किया - एक कंपनी जो उल्लंघन का आरोप लगाने वाले एलएफपी उत्पादों का व्यावसायीकरण करती है।

यूएसपीटीओ ने 15 अप्रैल, 2008 को '382 पेटेंट के लिए और 12 मई, 2009 को '640 पेटेंट के लिए एक पुन: परीक्षा प्रमाण पत्र जारी किया, जिसके द्वारा इन पेटेंट के दावों में संशोधन किया गया। इसने वैलेंस और ए123 के खिलाफ हाइड्रो-क्यूबेक द्वारा वर्तमान पेटेंट उल्लंघन के याचिका को आगे बढ़ने की अनुमति दी। मार्कमैन की सुनवाई के बाद, 27 अप्रैल, 2011 को, टेक्सास के पश्चिमी जिला न्यायालय ने माना कि पुन: जांच किए गए पेटेंट के दावों की मूल रूप से दी गई तुलना में एक संकीर्ण दायरा था। मुख्य प्रश्न यह था कि क्या टेक्सास विश्वविद्यालय (हाइड्रो-क्यूबेक के लिए लाइसेंस प्राप्त) से पहले के गुडएनफ के पेटेंट ए123 द्वारा उल्लंघन किए गए था, जिसमें LiFePO4 पेटेंट के अपने स्वयं के उन्नत संस्करण थे, जिसमें कोबाल्ट डोपेंट सम्मिलित था। अंतिम परिणाम अज्ञात शर्तों के तहत ए123 द्वारा गूगनो के पेटेंट का लाइसेंस देना था।[20]

9 दिसंबर, 2008 को, यूरोपीय पेटेंट कार्यालय ने डॉ. गुडएनफ के पेटेंट संख्या 0904607 को रद्द कर दिया। इस निर्णय ने मूल रूप से यूरोपीय ऑटोमोबाइल अनुप्रयोगों में एलएफपी का उपयोग करने के पेटेंट जोखिम को कम कर दिया।माना जा रहा है कि यह निर्णय नवीनता की कमी पर आधारित है।[21]

पहला बड़ा बड़ा समझौता एनटीटी और टेक्सास-ऑस्टिन विश्वविद्यालय (यूटी) के बीच अभियोजित था। अक्टूबर 2008 में,[22] एनटीटी ने घोषणा की कि वे जापान सुप्रीम सिविल कोर्ट में $30 मिलियन में लिए विषय का समझौता करेंगे। समझौते के भाग के रूप में, यूटी ने सहमति व्यक्त की कि एनटीटी ने जानकारी की चोरी नहीं की और एनटीटी यूटी के साथ अपने एलएफपी पेटेंट साझा करेगा। एनटीटी का पेटेंट एक ओलिविन एलएफपी के लिए भी है, जिसमें A
yMPO
4 के सामान्य रासायनिक सूत्र (ए क्षार धातु के लिए है और एम सीओ और एफई के संयोजन के लिए है), अब बीवाईडी कंपनी द्वारा उपयोग किया जाता है। यद्यपि रासायनिक रूप से सामग्री लगभग समान हैं, पेटेंट के दृष्टिकोण से, एनटीटी का एवाईएमपीओ4 यूटी द्वारा कवर की गई सामग्रियों से अलग है। A
yMPO
4 में LiMPO
4 की तुलना में अधिक क्षमता है। विषय के केंद्र में यह था कि एनटीटी इंजीनियर ओकाडा शिगेटो, जिन्होंने सामग्री विकसित करने वाली यूटी प्रयोगशालाओं में काम किया था, पर यूटी की बौद्धिक संपदा की चोरी करने का आरोप लगाया गया था।

2020 तक, LifePO+C नाम का एक संगठन प्रमुख आईपी का स्वामी होने का दावा करता है और लाइसेंस प्रदान करता है। यह जॉनसन मैथे, सीएनआरएस, मॉन्ट्रियल विश्वविद्यालय और हाइड्रो क्यूबेक के बीच एक संघ है।

अनुसंधान

बिजली घनत्व

एलएफपी में दो कमियां हैं: कम चालकता (उच्च अतिविभव) और कम लिथियम प्रसार स्थिरांक, दोनों चार्ज/डिस्चार्ज दर को सीमित करते हैं। परिसीमन FePO
4 में संवाहक कणों को जोड़ने से इसकी इलेक्ट्रॉन चालकता को बढ़ाता है। उदाहरण के लिए, LiMPO
4 पाउडर में ग्रेफाइट और कार्बन जैसी अच्छी प्रसार क्षमता वाले कणों को जोड़ने[23] से कणों के बीच चालकता में बहुत सुधार करता है, LiMPO
4 की दक्षता बढ़ जाती है और सैद्धांतिक मूल्यों के 95% तक इसकी प्रतिवर्ती क्षमता को बढ़ा देता है। यद्यपि, प्रवाहकीय योजक के अलावा सेल में उपस्थित मृत द्रव्यमान भी बढ़ जाता है जो ऊर्जा भंडारण में योगदान नहीं देता है। LiMPO
4 5सी जितना बड़ा चार्ज/डिस्चार्ज करंट के तहत भी अच्छा साइकिलिंग प्रदर्शन दिखाता है।[24]

स्थिरता

अकार्बनिक आक्साइड के साथ एलएफपी को आवरण एलएफपी की संरचना को अधिक स्थिर बना सकती है और चालकता बढ़ा सकती है। ऑक्साइड आवरण के साथ पारंपरिक LiCoO
2 बेहतर साइकिलिंग प्रदर्शन दिखाता है। यह आवरण सीओ के विघटन को भी रोकता है और LiCoO
2 क्षमता के क्षय को धीमा कर देती है। इसी प्रकार, ZnO और ZrO2 जैसी अकार्बनिक आवरण के साथ LiMPO
4[25] [26] में तेजी से डिस्चार्ज के तहत बेहतर साइकिलिंग जीवनकाल, बड़ी क्षमता और बेहतर विशेषताएं हैं। एक प्रवाहकीय कार्बन के अतिरिक्त दक्षता में वृद्धि होती है। मित्सुई जोसेन और एलीस ने बताया कि तांबे और चांदी जैसे धातु कणों को संचालन के अतिरिक्त दक्षता में वृद्धि हुई है।[27] 1डब्ल्यूटी% धातु योजक के साथ LiMPO
4 में 140 एमएएच/जी तक प्रतिवर्ती प्रतिवर्ती क्षमता और उच्च निर्वहन प्रवाह के तहत बेहतर दक्षता है।

धातु प्रतिस्थापन

LiMPO
4 में लोहे या लिथियम के लिए अन्य धातुओं को प्रतिस्थापित करने से भी दक्षता बढ़ सकती है। लोहे के लिए जस्ता को प्रतिस्थापन करने से LiMPO
4 की क्रिस्टलीयता बढ़ जाती है क्योंकि जस्ता और लोहे में समान आयनिक त्रिज्या होती है।[28] चक्रीय वोल्टामीटर पुष्टि करती है कि धातु प्रतिस्थापन के बाद LiFe
1−xM
xPO
4 में लिथियम आयन सम्मिलन और निष्कर्षण की उच्च प्रतिवर्तीता है। लिथियम निष्कर्षण के दौरान, एफई (II) को एफई (III) में ऑक्सीकृत किया जाता है और जाली की मात्रा सिकुड़ जाती है। सिकुड़ती मात्रा लिथियम के वापसी पथ को बदल देती है।

संश्लेषण प्रक्रिया

स्थिरता और उच्च गुणवत्ता के साथ बड़े पैमाने पर उत्पादन अभी भी कई चुनौतियों का सामना करता है।

लिथियम ऑक्साइड के समान, LiMPO
4 को विभिन्न तरीकों से संश्लेषित किया जा सकता है, जिनमें सम्मिलित हैं: ठोस-चरण संश्लेषण, पायस सुखाने, सोल-जेल प्रक्रिया, समाधान सहअवक्षेपण, वाष्प-चरण जमाव, विद्युत रासायनिक संश्लेषण, इलेक्ट्रॉन बीम विकिरण, माइक्रोवेव प्रक्रिया[vague], हाइड्रोथर्मल संश्लेषण, अल्ट्रासोनिक पायरोलिसिस और स्प्रे पायरोलिसिस।

पायस सुखाने की प्रक्रिया में, पायसीकारकों को पहले मिट्टी के तेल के साथ मिलाया जाता है। इसके बाद, लिथियम लवण और लौह लवण के समाधान इस मिश्रण में जोड़े जाते हैं।[29] यह प्रक्रिया नैनोकार्बन कणों का उत्पादन करती है। हाइड्रोथर्मल संश्लेषण अच्छी क्रिस्टलीयता के साथ LiMPO
4 का उत्पादन करता है। तापीय प्रसंस्करण के बाद समाधान में पॉलीथीन ग्लाइकॉल जोड़कर प्रवाहकीय कार्बन प्राप्त किया जाता है।[30] वाष्प चरण का जमाव एक पतली फिल्म LiMPO
4 का उत्पादन करता है।[31] लौ स्प्रे में पाइरोलिसिस FePO4 लिथियम कार्बोनेट और ग्लूकोज के साथ मिलाया जाता है इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ चार्ज किया जाता है। मिश्रण को फिर एक लौ के अंदर इंजेक्ट किया जाता है और संश्लेषित LiFePO
4 को इकट्ठा करने के लिए फ़िल्टर किया जाता है। [32]

तापमान का प्रभाव

लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी पर तापमान के प्रभाव को उच्च तापमान और कम तापमान के प्रभाव में विभाजित किया जा सकता है।

आम तौर पर, एलएफपी केमिस्ट्री बैटरी लिथियम कोबाल्ट बैटरी में होने वाली थर्मल भगोड़ा प्रतिक्रियाओं के लिए कम संवेदनशील होती हैं,एलएफपी बैटरी एक ऊंचे तापमान पर बेहतर प्रदर्शन प्रदर्शित करती है। अनुसंधान से पता चला है कि कमरे के तापमान (23 डिग्री सेल्सियस) पर, प्रारंभिक क्षमता हानि लगभग 40-50 एमएएच/जी होती है। यद्यपि, 40 डिग्री सेल्सियस और 60 डिग्री सेल्सियस पर, क्षमता हानि क्रमशः लगभग 25 और 15 एमएएच/जी है, लेकिन ये क्षमता हानि कमरे के तापमान क्षमता हानि के मामले में थोक नुकसान के बजाय 20 चक्रों में फैली हुई थी।[33]

हालाँकि, यह केवल एक छोटी साइकिलिंग समय सीमा के लिए सच है। बाद के वर्षों के अध्ययन से पता चला है कि एलएफपी बैटरी में समकक्ष पूर्ण चक्र दोगुना होने पर भी, एलएफपी सेल के बढ़ते तापमान के साथ क्षमता भाग्य दर में वृद्धि हुई है, लेकिन बढ़ते तापमान का एनसीए सेल पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है या एनएमसी सेल की उम्र बढ़ने पर नगण्य प्रभाव पड़ता है।[34] यह क्षमता मुख्य रूप से तापमान बढ़ने से ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरपेज़ (एसईआई) गठन प्रतिक्रिया के कारण होती है।

एलएफपी बैटरी विशेष रूप से घटते तापमान से प्रभावित होती हैं जो संभवतः उच्च अक्षांश क्षेत्रों में उनके आवेदन में बाधा डालती हैं। 23, 0, -10, और -20 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एलएफपी/सी नमूनों के लिए प्रारंभिक निर्वहन क्षमता 141.8, 92.7, 57.9 और 46.7 एमएएच/जी है, जिसमें कूलॉम्बिक दक्षता 91.2%, 74.5%, 63.6% और 61.3% है। इन हानियों को इलेक्ट्रोड के भीतर लिथियम आयनों के धीमे प्रसार और एसईआई के गठन के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है जो कम तापमान के साथ आते हैं जो बाद में इलेक्ट्रोलाइट-इलेक्ट्रोड इंटरफेस पर चार्ज-ट्रांसफर प्रतिरोध को बढ़ाते हैं।[35] कम क्षमता गठन का एक और संभावित कारण लिथियम चढ़ाना है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, कम तापमान इलेक्ट्रोड के भीतर लिथियम आयनों की प्रसार दर को कम करता है, जिससे लिथियम चढ़ाना दर इंटरकलेशन दर के साथ प्रतिस्पर्धा करने की अनुमति मिलती है। ठंड की स्थिति उच्च विकास दर की ओर ले जाती है और प्रारंभिक बिंदु को कम चार्ज की स्थिति में स्थानांतरित कर देती है, जिसका अर्थ है कि चढ़ाना प्रक्रिया पहले शुरू होती है।[36] लिथियम चढ़ाना लिथियम का उपयोग करता है जो तब ग्रेफाइट में लिथियम के इंटरकेलेशन के साथ प्रतिस्पर्धा करता है, जिससे बैटरी की क्षमता कम हो जाती है। एकत्रित लिथियम आयन इलेक्ट्रोड की सतह पर "प्लेट" या यहां तक ​​कि डेन्ड्राइट के रूप में जमा होते हैं जो विभाजक में प्रवेश कर सकते हैं, बैटरी को पूरी तरह से शॉर्ट-सर्किट कर सकते हैं।[37]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Park, O. K.; Cho, Y.; Lee, S.; Yoo, H.-C.; Song, H.-K.; Cho, J., "Who Will Drive Electric Vehicles, Olivine or Spinel?", Energy Environ. Sci. 2011, volume 4, pages 1621-1633. doi:10.1039/c0ee00559b
  2. ↑ Ozawa, Ryan (7 July 2015). "हवाई घरों को ऑफ-ग्रिड लेने के लिए नई ऊर्जा भंडारण स्टार्टअप". Hawaii Blog. Retrieved 2015-07-09.
  3. ↑ "Google बैटरी को डीजल जेनरेटर के प्रतिस्थापन के रूप में देखता है". 16 December 2020.
  4. ↑ Fedotov, Stanislav S.; Luchinin, Nikita D.; Aksyonov, Dmitry A.; Morozov, Anatoly V.; Ryazantsev, Sergey V.; Gaboardi, Mattia; Plaisier, Jasper R.; Stevenson, Keith J.; Abakumov, Artem M.; Antipov, Evgeny V. (2020-03-20). "असाधारण रूप से उच्च रेडॉक्स क्षमता के साथ टाइटेनियम-आधारित पोटेशियम-आयन बैटरी सकारात्मक इलेक्ट्रोड". Nature Communications (in English). 11 (1): 1484. Bibcode:2020NatCo..11.1484F. doi:10.1038/s41467-020-15244-6. ISSN 2041-1723. PMC 7083823. PMID 32198379. LiTiPO4F
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