லித்தியம் பேட்டரிகளில் LiFePO4 என்றால் என்ன?
லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் பொருட்கள் அறிமுகம்
லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் (மூலக்கூறு ஃபார்முலா LiFePO₄, லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட், LFP, லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் அல்லது ஃபெரஸ் லித்தியம் பாஸ்பேட் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது) என்பது லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளில் பயன்படுத்தப்படும் கேத்தோடு பொருள். அதன் பண்புகள் கோபால்ட் அல்லது நிக்கல் போன்ற விலைமதிப்பற்ற கூறுகளைக் கொண்டிருக்கவில்லை, மூலப்பொருள் விலை குறைவாக உள்ளது; மற்றும் கார்பன், லித்தியம் மற்றும் இரும்பு ஆகியவை பூமியின் மேலோட்டத்தில் ஏராளமாக உள்ளன, அவை ஆண்டுக்கு ஒரு மில்லியன் டன்களுக்கும் அதிகமான சந்தை தேவையை பூர்த்தி செய்ய முடியும். ஒரு கேத்தோடு பொருளாக, லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் மிதமான வேலை மின்னழுத்தம் (3.2 V), அதிக குறிப்பிட்ட திறன் (170 mA·h/g), அதிக வெளியேற்ற சக்தி, வேகமாக சார்ஜ் செய்யும் திறன் மற்றும் அதிக{5}}வெப்பநிலை மற்றும் அதிக{6}}வெப்பச் சூழல்களில் நல்ல நிலைத்தன்மையுடன் நீண்ட சுழற்சி ஆயுளைக் கொண்டுள்ளது.
லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் படிகமானது ஒரு வகை ஆலிவின் அமைப்பைச் சேர்ந்தது. கனிமவியலில், இது டிரிஃபைலைட் என்று அழைக்கப்படுகிறது, இது கிரேக்க வார்த்தையான ட்ரை மற்றும் லைலன் ஆகியவற்றிலிருந்து பெறப்பட்டது. தாதுக்களில், நிறம் சாம்பல், சிவப்பு{2}}பழுப்பு சாம்பல், பழுப்பு அல்லது கருப்பு நிறமாக இருக்கலாம், அதே சமயம் உண்மையான பொருட்கள் கருப்பு அல்லது சாம்பல்-கருப்பு. சில இயற்கை கனிம பொருட்களில் லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் உள்ளது, ஆனால் தரம் குறைவாக உள்ளது மற்றும் நடைமுறை பயன்பாட்டின் அளவை எட்டவில்லை. லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் கலப்பு பாஸ்பேட் வகையைச் சேர்ந்தது, மேலும் அதன் பொது வேதியியல் சூத்திரம் LiMPO₄ ஆக இருக்க வேண்டும், அங்கு M என்பது Fe, Co, Mn, Ti, போன்ற எந்த இருவேல உலோகமாகவும் இருக்கலாம். LiMPO₄ உற்பத்தி செய்யப்பட்ட லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட்டை வணிகமயமாக்கிய முதல் நிறுவனம் என்பதால், மக்கள் லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் கலவையை மட்டுமே பயன்படுத்தப் பழகிவிட்டனர். இருப்பினும், ஒலிவின் அமைப்புடன் கூடிய சேர்மங்களுக்கு, லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் மட்டுமே லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளில் கேத்தோடு பொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுவதில்லை. தற்போதைய அறிவின் படி, LiMnPO₄, LiMnFePO₄, LiVPO₄, LiCoPO₄ மற்றும் பல பொருட்கள் உள்ளன.
லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் பொருட்களின் தோற்றம் 1996 ஆம் ஆண்டு முதல் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது, ஜப்பானின் தொலைத்தொடர்பு நிறுவனமான NTT முதன்முதலில் AMPO₄ (A என்பது ஒரு கார உலோகம், M என்பது Co அல்லது Fe) ஆலிவைன் அமைப்புடன், LiFeCoPO₄ இன் கலவையில், லித்தியம்-அயன் பேட்டரி கேதோட் மெட்டீரியலாகப் பயன்படுத்தப்படலாம் என்பதைக் கண்டறிந்தது. அதைத் தொடர்ந்து, அமெரிக்காவில் உள்ள மசாசூசெட்ஸ் தொழில்நுட்பக் கழகத்தில் உள்ள குட்னஃப் ஆய்வுக் குழுவால், கட்டமைப்பின் சேர்மங்களைப் படிக்கும் போது, லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் பொருள் லித்தியம்-அயன் (லி⁺) இன்டர்கேலேஷன் மற்றும் டீஇன்டர்கேலேஷன் ஆகியவற்றின் மீளக்கூடிய பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது என்பதைக் கண்டறிந்தது. ஏப்ரல் 23, 1997 இல், ஆஸ்டினில் உள்ள டெக்சாஸ் பல்கலைக்கழகம் "ரிச்சார்ஜபிள் லித்தியம் இரண்டாம் நிலை பேட்டரிகளுக்கான கேத்தோட் பொருட்கள்" (WO1997010541) என்ற தலைப்பில் காப்புரிமையை தாக்கல் செய்தது, இது லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் பொருட்களின் மீதான காப்புரிமை ஏகபோகத்தின் தொடக்கத்தைக் குறிக்கிறது.
அமெரிக்கா மற்றும் ஜப்பானின் ஆலிவின்-கட்டமைக்கப்பட்ட பாஸ்பேட் (LiMPO₄) கேத்தோடு பொருட்கள் ஒரே நேரத்தில் வெளியிடப்பட்டது பெரும் கவனத்தை ஈர்த்தது, விரிவான ஆராய்ச்சியைத் தூண்டியது மற்றும் தொழில்மயமாக்கல் செயல்முறையை விரைவாக மேம்படுத்தியது. பாரம்பரிய லித்தியம் -அயன் இரண்டாம் நிலை பேட்டரி கேத்தோடு பொருட்கள்-ஸ்பைனல்{4}}கட்டமைக்கப்பட்ட லித்தியம் மாங்கனீசு ஆக்சைடு (LiMn₂O₄) மற்றும் அடுக்கு{5}}கட்டமைக்கப்பட்ட லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு (LiCoO₂) அதிக மலிவாகக் கிடைக்கக்கூடிய பொருட்கள்{6}Li உடன் ஒப்பிடும்போது சுற்றுச்சூழல் மாசுபாடு. குறிப்பாக, பாதுகாப்பு பெரிதும் மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளது, ஆராய்ச்சியாளர்கள் மற்றும் தொழில்துறையினரிடமிருந்து பெரும் ஆர்வத்தைத் தூண்டுகிறது.
சமீபத்திய ஆண்டுகளில் ஆராய்ச்சி முடிவுகளின்படி, லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் பொருள் நன்கு படிகப்படுத்தப்பட்ட ஒலிவின் அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் அதன் லித்தியம்-அயன் பரவல் சேனல்கள் பாரம்பரிய கேத்தோடு பொருட்களிலிருந்து வேறுபடுகின்றன. பாரம்பரிய கத்தோட் பொருட்கள் அடுக்கு அல்லது ஸ்பைனல் கட்டமைப்புகளைக் கொண்டுள்ளன, லித்தியம் அயனிகள் அடுக்குகளுக்கு இடையில் அல்லது பெரிய சேனல்களில் வேகமாக நகர அனுமதிக்கின்றன, இதனால் பொருட்கள் நல்ல வெளியேற்ற செயல்திறனை வழங்குகின்றன. இதற்கு நேர்மாறாக, லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் பொருட்களில் உள்ள லித்தியம்-அயன் பரவல் சேனல்கள் ஒரு-பரிமாணமாகும், அதாவது படிகத்திற்குள் லித்தியம்-அயன் பரவலுக்கு ஒரு "சுரங்கப்பாதை" மட்டுமே உள்ளது, எனவே லித்தியம்-அயன் இடம்பெயர்வு விகிதம் ஒப்பீட்டளவில் மெதுவாகவும் பரவல் தூரம் குறைவாகவும் உள்ளது. குறிப்பாக அதிக-விகித வெளியேற்ற நிலைமைகளின் கீழ், உட்புற லித்தியம் அயனிகள் சரியான நேரத்தில் வெளியேற முடியாது, இதன் விளைவாக குறிப்பிடத்தக்க மின்வேதியியல் துருவமுனைப்பு ஏற்படுகிறது.
மேலே உள்ள முடிவுகளைச் சரிபார்க்க சுத்தமான லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் பொருளைப் பயன்படுத்தி பேட்டரிகள் தயாரிக்கப்படலாம். தூய லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் பொருளின் திறன் பயன்பாடு மிகவும் குறைவாக உள்ளது மற்றும் சைக்கிள் ஓட்டும் போது பேட்டரி விரைவான திறன் சிதைவை அனுபவிக்கிறது என்று சோதனைகள் காட்டுகின்றன. படம் 2.1, ஹைட்ரோதெர்மலி முறையில் ஒருங்கிணைக்கப்பட்ட தூய லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட்டை (கார்பன் பூச்சு இல்லாமல்) பயன்படுத்தி ஆசிரியரால் உருவாக்கப்பட்ட லித்தியம்-அயன் நாணயக் கலத்தின் சுழற்சி செயல்திறனைக் காட்டுகிறது. ஏறக்குறைய 15 சார்ஜ்-டிஸ்சார்ஜ் சுழற்சிகளுக்குப் பிறகு, பேட்டரி திறன் 20% க்கும் அதிகமாக சிதைந்திருப்பதைக் காணலாம். எனவே, தூய லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் பொருள் லித்தியம்-அயன் பேட்டரி அமைப்புகளுக்கு ஏற்றது அல்ல.
2000 ஆம் ஆண்டில், கனடாவின் தேசிய பொது பயன்பாட்டு நிறுவனமான Hydro-Québec (H-Q), லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் பொருட்களில் கார்பன் பூச்சு பயன்படுத்துவது உட்பட கடத்தும் பொருட்களுடன் லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட்டை பூசுவதற்கான காப்புரிமையை முதலில் தாக்கல் செய்தது. இது லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் உயர் குறிப்பிட்ட திறனை அடைய உதவியது மற்றும் அதன் சுழற்சி ஆயுளை 2000 சுழற்சிகளுக்கு மேல் நீட்டித்தது. இது லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் ஒரு கேத்தோடு பொருளாக தொழில்மயமாக்கல் செயல்முறையின் தொடக்கத்தைக் குறித்தது.
