ਲਿਥੀਅਮ ਬੈਟਰੀਆਂ ਵਿੱਚ LiFePO4 ਕੀ ਹੈ?
ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਜਾਣ-ਪਛਾਣ
ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ (ਅਣੂ ਫਾਰਮੂਲਾ LiFePO₄, ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ, LFP, ਜਿਸ ਨੂੰ ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਜਾਂ ਫੇਰਸ ਲਿਥੀਅਮ ਫਾਸਫੇਟ ਵੀ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ) ਇੱਕ ਕੈਥੋਡ ਸਮੱਗਰੀ ਹੈ ਜੋ ਲਿਥੀਅਮ- ਆਇਨ ਬੈਟਰੀਆਂ ਵਿੱਚ ਵਰਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਦੀਆਂ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਇਹ ਹਨ ਕਿ ਇਸ ਵਿੱਚ ਕੋਬਾਲਟ ਜਾਂ ਨਿਕਲ ਵਰਗੇ ਕੀਮਤੀ ਤੱਤ ਨਹੀਂ ਹੁੰਦੇ, ਕੱਚੇ ਮਾਲ ਦੀ ਕੀਮਤ ਘੱਟ ਹੁੰਦੀ ਹੈ; ਅਤੇ ਕਾਰਬਨ, ਲਿਥੀਅਮ, ਅਤੇ ਲੋਹਾ ਧਰਤੀ ਦੀ ਛਾਲੇ ਵਿੱਚ ਭਰਪੂਰ ਹੈ, ਜੋ ਪ੍ਰਤੀ ਸਾਲ 10 ਲੱਖ ਟਨ ਤੋਂ ਵੱਧ ਦੀ ਮਾਰਕੀਟ ਮੰਗ ਨੂੰ ਪੂਰਾ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਕੈਥੋਡ ਸਮਗਰੀ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ, ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਮੱਧਮ ਕੰਮ ਕਰਨ ਵਾਲੀ ਵੋਲਟੇਜ (3.2 V), ਉੱਚ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਸਮਰੱਥਾ (170 mA·h/g), ਉੱਚ ਡਿਸਚਾਰਜ ਪਾਵਰ, ਤੇਜ਼ ਚਾਰਜਿੰਗ ਸਮਰੱਥਾ, ਅਤੇ ਲੰਬਾ ਚੱਕਰ ਜੀਵਨ, ਉੱਚ-ਤਾਪਮਾਨ ਅਤੇ ਉੱਚ-ਤਾਪ ਵਾਤਾਵਰਨ ਵਿੱਚ ਚੰਗੀ ਸਥਿਰਤਾ ਦੇ ਨਾਲ ਹੈ।
ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਇੱਕ ਕਿਸਮ ਦੀ ਜੈਤੂਨ ਦੀ ਬਣਤਰ ਨਾਲ ਸਬੰਧਤ ਹੈ। ਖਣਿਜ ਵਿਗਿਆਨ ਵਿੱਚ, ਇਸਦਾ ਨਾਮ ਟ੍ਰਾਈਫਾਈਲਾਈਟ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਯੂਨਾਨੀ ਸ਼ਬਦ ਟਰਾਈ ਅਤੇ ਲਾਇਲੋਨ ਤੋਂ ਲਿਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਧਾਤੂਆਂ ਵਿੱਚ, ਰੰਗ ਸਲੇਟੀ, ਲਾਲ-ਭੂਰਾ ਸਲੇਟੀ, ਭੂਰਾ, ਜਾਂ ਕਾਲਾ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਦੋਂ ਕਿ ਅਸਲ ਉਤਪਾਦ ਕਾਲੇ ਜਾਂ ਸਲੇਟੀ-ਕਾਲੇ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਕੁਝ ਕੁਦਰਤੀ ਖਣਿਜ ਪਦਾਰਥਾਂ ਵਿੱਚ ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਪਰ ਗ੍ਰੇਡ ਘੱਟ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਵਿਹਾਰਕ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਦੇ ਪੱਧਰ ਤੱਕ ਨਹੀਂ ਪਹੁੰਚਦਾ। ਲਿਥਿਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਕੰਪੋਜ਼ਿਟ ਫਾਸਫੇਟ ਸ਼੍ਰੇਣੀ ਨਾਲ ਸਬੰਧਤ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਸਦਾ ਆਮ ਰਸਾਇਣਕ ਫਾਰਮੂਲਾ LiMPO₄ ਹੋਣਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ, ਜਿੱਥੇ M Fe, Co, Mn, Ti, ਆਦਿ ਸਮੇਤ ਕੋਈ ਵੀ ਦੁਵੱਲੀ ਧਾਤ ਹੋ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਕਿਉਂਕਿ LiMPO₄ ਦਾ ਵਪਾਰਕੀਕਰਨ ਕਰਨ ਵਾਲੀ ਪਹਿਲੀ ਕੰਪਨੀ ਨੇ ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਦਾ ਉਤਪਾਦਨ ਕੀਤਾ, ਲੋਕ ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਨੂੰ ਸਿਰਫ ਕੰਪੋਜ਼ਿਟ ਆਇਰਨ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਮੰਨਣ ਦੇ ਆਦੀ ਹੋ ਗਏ ਹਨ। ਫਾਸਫੇਟ ਕੈਥੋਡ ਸਮੱਗਰੀ. ਹਾਲਾਂਕਿ, ਜੈਤੂਨ ਦੀ ਬਣਤਰ ਵਾਲੇ ਮਿਸ਼ਰਣਾਂ ਲਈ, ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਇਕੱਲਾ ਅਜਿਹਾ ਨਹੀਂ ਹੈ ਜੋ ਲਿਥੀਅਮ-ਆਇਨ ਬੈਟਰੀਆਂ ਵਿੱਚ ਕੈਥੋਡ ਸਮੱਗਰੀ ਵਜੋਂ ਵਰਤਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਮੌਜੂਦਾ ਗਿਆਨ ਦੇ ਅਨੁਸਾਰ, ਇੱਥੇ LiMnPO₄, LiMnFePO₄, LiVPO₄, LiCoPO₄, ਅਤੇ ਹੋਰ ਬਹੁਤ ਸਾਰੀਆਂ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਵੀ ਹਨ।
ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤ 1996 ਵਿੱਚ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ, ਜਦੋਂ ਜਾਪਾਨ ਦੀ ਦੂਰਸੰਚਾਰ ਕੰਪਨੀ NTT ਨੇ ਪਹਿਲੀ ਵਾਰ ਖੋਜ ਕੀਤੀ ਸੀ ਕਿ AMPO₄ (A ਇੱਕ ਅਲਕਲੀ ਧਾਤ ਹੈ, M is Co ਜਾਂ Fe) ਜੈਤੂਨ ਦੀ ਬਣਤਰ ਦੇ ਨਾਲ, LiFeCoPO₄ ਦੇ ਸੁਮੇਲ ਵਿੱਚ, ਕੈਟਿਅਨ ਸਮੱਗਰੀ ਦੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, ਸੰਯੁਕਤ ਰਾਜ ਵਿੱਚ ਮੈਸੇਚਿਉਸੇਟਸ ਇੰਸਟੀਚਿਊਟ ਆਫ਼ ਟੈਕਨਾਲੋਜੀ ਵਿੱਚ ਗੁਡਨਫ ਖੋਜ ਸਮੂਹ ਦੁਆਰਾ, ਫਰੇਮਵਰਕ ਮਿਸ਼ਰਣਾਂ ਦਾ ਅਧਿਐਨ ਕਰਦੇ ਹੋਏ, ਇਹ ਖੋਜ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ ਕਿ ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਸਮੱਗਰੀ ਵਿੱਚ ਲਿਥੀਅਮ- ਆਇਨ (ਲੀ⁺) ਇੰਟਰਕੈਲੇਸ਼ਨ ਅਤੇ ਡੀਇੰਟਰਕੇਲੇਸ਼ਨ ਦੀ ਉਲਟੀ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾ ਹੈ। 23 ਅਪ੍ਰੈਲ, 1997 ਨੂੰ, ਔਸਟਿਨ ਵਿਖੇ ਟੈਕਸਾਸ ਯੂਨੀਵਰਸਿਟੀ ਨੇ ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਸਮੱਗਰੀ 'ਤੇ ਪੇਟੈਂਟ ਏਕਾਧਿਕਾਰ ਦੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹੋਏ, "ਰੀਚਾਰੇਬਲ ਲਿਥੀਅਮ ਸੈਕੰਡਰੀ ਬੈਟਰੀਆਂ ਲਈ ਕੈਥੋਡ ਸਮੱਗਰੀ" (WO1997010541) ਸਿਰਲੇਖ ਵਾਲਾ ਇੱਕ ਪੇਟੈਂਟ ਦਾਇਰ ਕੀਤਾ।
ਯੂਨਾਈਟਿਡ ਸਟੇਟਸ ਅਤੇ ਜਾਪਾਨ ਦੁਆਰਾ ਓਲੀਵਿਨ-ਸਟ੍ਰਕਚਰਡ ਫਾਸਫੇਟ (LiMPO₄) ਕੈਥੋਡ ਸਮੱਗਰੀ ਦੇ ਇੱਕੋ ਸਮੇਂ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ਨ ਨੇ ਬਹੁਤ ਧਿਆਨ ਖਿੱਚਿਆ, ਵਿਆਪਕ ਖੋਜ ਸ਼ੁਰੂ ਕੀਤੀ, ਅਤੇ ਉਦਯੋਗੀਕਰਨ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਨੂੰ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਅੱਗੇ ਵਧਾਇਆ। ਪਰੰਪਰਾਗਤ ਲਿਥੀਅਮ-ਆਇਨ ਸੈਕੰਡਰੀ ਬੈਟਰੀ ਕੈਥੋਡ ਸਮੱਗਰੀ-ਸਪਾਈਨਲ-ਸੰਗਠਿਤ ਲਿਥੀਅਮ ਮੈਂਗਨੀਜ਼ ਆਕਸਾਈਡ (LiMn₂O₄) ਅਤੇ ਲੇਅਰਡ-ਸਟ੍ਰਕਚਰਡ ਲਿਥੀਅਮ ਕੋਬਾਲਟ ਆਕਸਾਈਡ (LiCoO₂)- ਦੇ ਨਾਲ ਤੁਲਨਾ ਕੀਤੀ ਗਈ ਹੈ ਅਤੇ ਇਸ ਵਿੱਚ ਕੋਈ ਵੀ ਸਸਤੀ ਸਮੱਗਰੀ ਨਹੀਂ ਹੈ। ਵਾਤਾਵਰਣ ਪ੍ਰਦੂਸ਼ਣ. ਖਾਸ ਤੌਰ 'ਤੇ, ਸੁਰੱਖਿਆ ਵਿੱਚ ਬਹੁਤ ਸੁਧਾਰ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ, ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਅਤੇ ਉਦਯੋਗਾਂ ਦੁਆਰਾ ਬਹੁਤ ਦਿਲਚਸਪੀ ਪੈਦਾ ਕੀਤੀ ਗਈ ਹੈ।
ਹਾਲ ਹੀ ਦੇ ਸਾਲਾਂ ਵਿੱਚ ਖੋਜ ਦੇ ਨਤੀਜਿਆਂ ਦੇ ਅਨੁਸਾਰ, ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਸਮੱਗਰੀ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਖੂਹ-ਕ੍ਰਿਸਟਾਲਾਈਜ਼ਡ ਓਲੀਵਿਨ ਬਣਤਰ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਸਦੇ ਲਿਥੀਅਮ-ਆਈਨ ਫੈਲਾਅ ਚੈਨਲ ਰਵਾਇਤੀ ਕੈਥੋਡ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਨਾਲੋਂ ਵੱਖਰੇ ਹਨ। ਪਰੰਪਰਾਗਤ ਕੈਥੋਡ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਵਿੱਚ ਲੇਅਰਡ ਜਾਂ ਸਪਿਨਲ ਬਣਤਰ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਨਾਂ ਨੂੰ ਲੇਅਰਾਂ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਜਾਂ ਵੱਡੇ ਚੈਨਲਾਂ ਵਿੱਚ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਅੱਗੇ ਵਧਣ ਦੀ ਇਜਾਜ਼ਤ ਮਿਲਦੀ ਹੈ, ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਸਮੱਗਰੀ ਨੂੰ ਚੰਗੀ ਡਿਸਚਾਰਜ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਇਸਦੇ ਉਲਟ, ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਪਦਾਰਥਾਂ ਵਿੱਚ ਲਿਥੀਅਮ-ਆਇਨ ਪ੍ਰਸਾਰਣ ਚੈਨਲ ਇੱਕ-ਅਯਾਮੀ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਮਤਲਬ ਕਿ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਦੇ ਅੰਦਰ ਲਿਥੀਅਮ-ਆਇਨ ਪ੍ਰਸਾਰਣ ਲਈ ਸਿਰਫ ਇੱਕ "ਸੁਰੰਗ" ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਇਸਲਈ ਲਿਥੀਅਮ-ਆਇਨ ਪ੍ਰਵਾਸ ਦਰ ਮੁਕਾਬਲਤਨ ਹੌਲੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਵਿਸਤਾਰ ਘੱਟ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਖਾਸ ਤੌਰ 'ਤੇ ਉੱਚ-ਰੇਟ ਡਿਸਚਾਰਜ ਹਾਲਤਾਂ ਵਿੱਚ, ਅੰਦਰੂਨੀ ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਨ ਸਮੇਂ ਸਿਰ ਬਾਹਰ ਨਹੀਂ ਆ ਸਕਦੇ ਹਨ, ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਮੀਕਲ ਧਰੁਵੀਕਰਨ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।
ਉਪਰੋਕਤ ਸਿੱਟਿਆਂ ਦੀ ਪੁਸ਼ਟੀ ਕਰਨ ਲਈ ਬੈਟਰੀਆਂ ਨੂੰ ਸ਼ੁੱਧ ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਬਣਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਪ੍ਰਯੋਗਾਂ ਨੇ ਦਿਖਾਇਆ ਹੈ ਕਿ ਸ਼ੁੱਧ ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਸਮਰੱਥਾ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਬਹੁਤ ਘੱਟ ਹੈ, ਅਤੇ ਬੈਟਰੀ ਸਾਈਕਲਿੰਗ ਦੌਰਾਨ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਸਮਰੱਥਾ ਦੇ ਸੜਨ ਦਾ ਅਨੁਭਵ ਕਰਦੀ ਹੈ। ਚਿੱਤਰ 2.1 ਲੇਖਕ ਦੁਆਰਾ ਹਾਈਡ੍ਰੋਥਰਮਲੀ ਸਿੰਥੇਸਾਈਜ਼ਡ ਸ਼ੁੱਧ ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ (ਕਾਰਬਨ ਕੋਟਿੰਗ ਤੋਂ ਬਿਨਾਂ) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਹੋਏ ਇੱਕ ਲਿਥੀਅਮ-ਆਇਨ ਸਿੱਕਾ ਸੈੱਲ ਦੀ ਸਾਈਕਲਿੰਗ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਦਿਖਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਦੇਖਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ ਕਿ ਲਗਭਗ 15 ਚਾਰਜ-ਡਿਸਚਾਰਜ ਚੱਕਰਾਂ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, ਬੈਟਰੀ ਦੀ ਸਮਰੱਥਾ 20% ਤੋਂ ਵੱਧ ਘਟ ਗਈ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਸ਼ੁੱਧ ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਸਮੱਗਰੀ ਲਿਥੀਅਮ-ਆਇਨ ਬੈਟਰੀ ਪ੍ਰਣਾਲੀਆਂ ਲਈ ਢੁਕਵੀਂ ਨਹੀਂ ਹੈ।
2000 ਵਿੱਚ, ਹਾਈਡਰੋ-ਕਿਊਬੇਕ (H-Q), ਕੈਨੇਡਾ ਦੀ ਰਾਸ਼ਟਰੀ ਜਨਤਕ ਉਪਯੋਗਤਾ, ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਸਮੱਗਰੀਆਂ 'ਤੇ ਕਾਰਬਨ ਕੋਟਿੰਗ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਸਮੇਤ ਸੰਚਾਲਕ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਦੇ ਨਾਲ ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਦੀ ਪਰਤ 'ਤੇ ਪੇਟੈਂਟ ਫਾਈਲ ਕਰਨ ਵਾਲੀ ਪਹਿਲੀ ਸੀ। ਇਸਨੇ ਲਿਥਿਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਨੂੰ ਉੱਚ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਸਮਰੱਥਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਦੇ ਯੋਗ ਬਣਾਇਆ ਅਤੇ ਇਸਦੇ ਚੱਕਰ ਦੇ ਜੀਵਨ ਨੂੰ 2000 ਤੋਂ ਵੱਧ ਚੱਕਰਾਂ ਤੱਕ ਵਧਾ ਦਿੱਤਾ। ਇਸ ਨੇ ਕੈਥੋਡ ਸਮੱਗਰੀ ਦੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਦੇ ਉਦਯੋਗੀਕਰਨ ਦੀ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤ ਕੀਤੀ।
