லித்தியம் டைட்டனேட் என்றால் என்ன?

லித்தியம் டைட்டனேட் என்பது லித்தியம், டைட்டானியம் மற்றும் ஆக்ஸிஜனை இணைக்கும் ஒரு கலப்பு ஆக்சைடு கலவை ஆகும், இது பொதுவாக Li₄Ti₅O₁₂ ஸ்பைனல் படிக அமைப்புடன் காணப்படுகிறது. இந்த செராமிக் பொருள் முதன்மையாக சிறப்பு லித்தியம்{1}}அயன் பேட்டரிகளில் நேர்மின்வாயில் பொருளாக செயல்படுகிறது, வழக்கமான கிராஃபைட் அனோட்களுடன் ஒப்பிடும்போது குறைந்த ஆற்றல் அடர்த்தி இருந்தாலும் விதிவிலக்கான பாதுகாப்பு மற்றும் சுழற்சி ஆயுளை வழங்குகிறது.

லித்தியம் டைட்டனேட் பல இரசாயன வடிவங்களில் உள்ளது, ஆனால் ஸ்பைனல் மாறுபாடு Li₄Ti₅O₁₂ பேட்டரி பயன்பாடுகளில் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது. கலவையானது முப்பரிமாண கனசதுர லட்டியைக் கொண்டுள்ளது, அங்கு லித்தியம் அயனிகள் டெட்ராஹெட்ரல் 8a தளங்களை ஆக்கிரமித்து, டைட்டானியம் அயனிகள் ஆக்சிஜன் கட்டமைப்பிற்குள் எண்முக 16d தளங்களை நிரப்புகின்றன. இந்த ஏற்பாட்டானது ஆராய்ச்சியாளர்கள் "பூஜ்ஜியம்-ஸ்ட்ரெய்ன்" கட்டமைப்பை உருவாக்குகிறது

ஸ்பைனல் அமைப்பு லித்தியம் அயனிகளை டெட்ராஹெட்ரல் மற்றும் ஆக்டோஹெட்ரல் தளங்களுக்கு இடையில் துள்ளுவதன் மூலம் படிகத்தின் வழியாக செல்ல அனுமதிக்கிறது. லித்தியேஷன் போது, பொருள் Li₄Ti₅O₁₂ இருந்து Li₇Ti₅O₁₂, ஒரு ஃபார்முலா அலகுக்கு மூன்று கூடுதல் லித்தியம் அயனிகள் இடமாற்றம். இந்தச் செருகல் லித்தியம் உலோகத்திற்கு எதிராக தோராயமாக 1.55V இல் நிகழ்கிறது, இது வழக்கமான கிராஃபைட் அனோட்களின் 0.1V ஐ விட கணிசமாக அதிகமாகும்.

மற்ற லித்தியம் டைட்டனேட் வடிவங்களில் லித்தியம் மெட்டாடிடனேட் (Li₂TiO₃), மட்பாண்டங்கள் மற்றும் அணுக்கரு பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படும் 1,533 டிகிரிக்கு மேல் உருகும் புள்ளியைக் கொண்ட வெள்ளைப் பொடி மற்றும் ராம்ஸ்டெல்லைட் லித்தியம் டைட்டனேட் (Li₂Ti₃O₇) ஆகியவை அடங்கும். ஒவ்வொரு மாறுபாடும் வெவ்வேறு டைட்டானியம்-முதல்-லித்தியம் விகிதங்கள் மற்றும் படிக அமைப்புகளைக் கொண்டுள்ளது, இதன் விளைவாக தனித்துவமான இயற்பியல் மற்றும் மின்வேதியியல் பண்புகள் உள்ளன.

Lithium Titanate

பேட்டரி ஆனோடாகப் பயன்படுத்தப்படும் போது, லித்தியம் டைட்டனேட் வழக்கமான கிராஃபைட்டை விட அடிப்படையில் வித்தியாசமாக செயல்படுகிறது. ஆரம்ப சுழற்சிகளின் போது பொருள் திடமான எலக்ட்ரோலைட் இடைமுகம் (SEI) அடுக்கை உருவாக்காது, ஏனெனில் அதன் இயக்க மின்னழுத்தம் 1.55V பெரும்பாலான எலக்ட்ரோலைட்டுகளின் மின்வேதியியல் நிலைத்தன்மை சாளரத்தில் அமர்ந்திருக்கிறது. நிலையான கிராஃபைட் அனோட்கள் லித்தியத்திற்கு எதிராக 0V க்கு அருகில் செயல்படுகின்றன, இது எலக்ட்ரோலைட் சிதைவை ஏற்படுத்துகிறது, இது ஒரு பாதுகாப்பு ஆனால் எதிர்ப்பு SEI அடுக்கை உருவாக்குகிறது.

சார்ஜ் செய்யும் போது, லித்தியம் அயனிகள் கேத்தோடிலிருந்து எலக்ட்ரோலைட் வழியாக இடம்பெயர்ந்து லித்தியம் டைட்டனேட் நேர்மின்வாயில் கட்டமைப்பிற்குள் நுழைகின்றன. Li₄Ti₅O₁₂ இன் நானோ கிரிஸ்டலின் வடிவம் ஒரு கிராமுக்கு சுமார் 100 சதுர மீட்டர் பரப்பளவை வழங்குகிறது-கிராஃபைட்டை விட 30 மடங்கு அதிகமாகும். இந்த விரிவாக்கப்பட்ட பரப்பளவு எலக்ட்ரான்களை விரைவாக உள்ளே நுழையவும் வெளியேறவும் உதவுகிறது, வேகமான சார்ஜிங் விகிதங்களை ஆதரிக்கிறது.

மீளக்கூடிய எதிர்வினை பின்வருமாறு: Li₄Ti₅O₁₂ + 3Li⁺ + 3e⁻ ↔ Li₇Ti₅O₁₂. கோட்பாட்டு திறன் 175 mAh/g ஐ அடைகிறது, இருப்பினும் நடைமுறை செயலாக்கங்கள் 150-170 mAh/g அடையும். கிராஃபைட் 372 mAh/g இல் அதிக தத்துவார்த்த திறனை வழங்குகிறது, லித்தியம் டைட்டனேட் உயர்ந்த விகித திறன் மற்றும் நீண்ட ஆயுள் மூலம் ஈடுசெய்கிறது.

கிராஃபைட்டுடன் ஒப்பிடும்போது டைட்டானியம் ஆக்சைட்டின் அதிக ரெடாக்ஸ் திறன் ஒரு உள்ளார்ந்த பாதுகாப்பு நன்மையை உருவாக்குகிறது. லித்தியம் டென்ட்ரைட்டுகள்-ஊசி{2}உலோகக் கட்டமைப்புகள் போன்றவை பேட்டரி பிரிப்பான்களைத் துளைத்து, குறுகிய சுற்றுகளை ஏற்படுத்தும்-லித்தியம் டைட்டனேட் பரப்புகளில் அரிதாகவே உருவாகின்றன. இந்த பாதுகாப்பு விளிம்பு உயர்-தற்போதைய பயன்பாடுகளுக்கு முக்கியமானதாக நிரூபிக்கிறது, அங்கு வழக்கமான அனோட்கள் வெப்ப ரன்வே ஆபத்தில் உள்ளன.

லித்தியம் டைட்டனேட் பேட்டரிகள் மற்ற லித்தியம்-அயன் வேதியியலைக் குறைக்கும் சுழற்சி ஆயுளைக் காட்டுகின்றன. கமர்ஷியல் செல்கள் வழக்கமாக 10,000 முதல் 30,000 முழு சார்ஜ்-டிஸ்சார்ஜ் சுழற்சிகளை அடைகின்றன, அதற்கு முன் அதன் திறன் 80% ஆக குறைகிறது. தோஷிபாவின் 2024 விவரக்குறிப்புகள் அவற்றின் அதிக-பவர் SCiB கலங்களுக்கு 10C விகிதத்தில் 45,000 சுழற்சிகளைக் கோருகின்றன. ஒப்பிடுகையில், வழக்கமான பொருட்களைப் பயன்படுத்தும் லித்தியம்{15}}அயன் பேட்டரிகள் பொதுவாக 2,000-3,000 சுழற்சிகள் நீடிக்கும்.

இந்த ஆயுட்காலம் பூஜ்ஜிய-திரிபு அமைப்பிலிருந்து உருவாகிறது. லித்தியேஷன் போது கிராஃபைட் அனோட்கள் சுமார் 10% விரிவடைகின்றன, இதனால் இயந்திர அழுத்தத்தை ஏற்படுத்துகிறது, இது துகள்களை துண்டு துண்டாக மாற்றுகிறது மற்றும் மீண்டும் மீண்டும் சுழற்சிகளில் திறனைக் குறைக்கிறது. லித்தியம் டைட்டனேட்டின் குறைந்தபட்ச அளவு மாற்றம் பல்லாயிரக்கணக்கான சுழற்சிகளுக்குப் பிறகும் கட்டமைப்பு ஒருமைப்பாட்டைப் பாதுகாக்கிறது.

வேகமான சார்ஜிங் மற்றொரு வரையறுக்கும் பண்பைக் குறிக்கிறது. லித்தியம் டைட்டனேட் பேட்டரிகள் குறிப்பிடத்தக்க சிதைவு இல்லாமல் 6{7}}10 நிமிடங்களில் 0% முதல் 80% திறன் வரை சார்ஜ் செய்ய முடியும். 2011 சோங்கிங் எலக்ட்ரிக் பஸ் ஃப்ளீட் இந்த திறனை நடைமுறையில் நிரூபித்தது-400 கிலோவாட் சார்ஜர்களைப் பயன்படுத்தி 10 நிமிடங்களில் முழுமையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட 80 கிலோவாட் லித்தியம் டைட்டனேட் அமைப்புகளுடன் கூடிய 37 பன்னிரண்டு மீட்டர் பேருந்துகள். தோஷிபாவின் சமீபத்திய உயர்-பவர் செல்கள் 48C விகிதத்தில் 1 நிமிடத்தில் 80% வரை சார்ஜ் செய்கின்றன.

வெப்பநிலை செயல்திறன் லித்தியம் டைட்டனேட்டை மாற்றுகளிலிருந்து வேறுபடுத்துகிறது. இந்த பேட்டரிகள் -40 டிகிரி முதல் 60 டிகிரி வரை நம்பகத்தன்மையுடன் செயல்படும், தீவிர நிலைகளில் மற்ற வேதியியலுக்கான மின் இழப்பு இல்லாமல். நிலையான ஸ்பைனல் அமைப்பு இந்த வரம்பில் அயனி கடத்துத்திறனை பராமரிக்கிறது, ஆர்க்டிக் நிறுவல்கள், வெப்பமான காலநிலை வாகன பயன்பாடுகள் மற்றும் வெப்பநிலை கட்டுப்பாடு எடை மற்றும் சிக்கலான தன்மையை சேர்க்கும் விண்வெளி உபகரணங்களுக்கு தொழில்நுட்பத்தை ஏற்றதாக ஆக்குகிறது.

துஷ்பிரயோக நிலைமைகளின் கீழ் பாதுகாப்பு செயல்திறன் மற்ற லித்தியம்{0}}அயன் வகைகளை விட அதிகமாக உள்ளது. லித்தியம் டைட்டனேட் செல்கள் தீ அல்லது வெடிப்பு இல்லாமல் ஆணி ஊடுருவல், நசுக்குதல் மற்றும் அதிக கட்டணம் செலுத்தும் சோதனைகளை கடந்து செல்கின்றன. பொருளின் வெப்ப ரன்அவே த்ரெஷோல்ட் சுமார் 270 டிகிரி, இயக்க வெப்பநிலையை விட அதிகமாகவும், பெரும்பாலான மாற்று வேதியியலை விட அதிகமாகவும் உள்ளது. ஒற்றை செல் செயலிழந்தால், கிரிட் சேமிப்பக வசதிகள் போன்ற பெரிய அளவிலான நிறுவல்களுக்கு இந்தப் பாதுகாப்புச் சுயவிவரம் அவசியம் என்பதை நிரூபிக்கிறது.

மிக முக்கியமான குறைபாடு ஆற்றல் அடர்த்தி. லித்தியம் டைட்டனேட் பேட்டரிகள் 30-110 Wh/kg கிராவிமெட்ரிக் மற்றும் 177 Wh/L வரை வால்யூமெட்ரிக் முறையில் மட்டுமே வழங்குகின்றன. வழக்கமான லித்தியம்{5}}அயன் பேட்டரிகள் கிராஃபைட் அனோட்கள் மற்றும் நிக்கல்{6}}மாங்கனீஸ்-கோபால்ட் கேத்தோட்கள் ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி 200-300 Wh/kg ஐ அடைகின்றன. இந்த மூன்று முதல் பத்து மடங்கு குறைபாடு என்பது லித்தியம் டைட்டனேட் பேட்டரிகள் அதிக இடத்தை ஆக்கிரமித்து, அதற்கு சமமான ஆற்றல் சேமிப்பிற்கு அதிக எடை கொண்டது.

குறைந்த ஆற்றல் அடர்த்தி நேரடியாக இயக்க மின்னழுத்தத்தைக் குறிக்கிறது. லித்தியம் டைட்டனேட் செல்கள் 2.3-2.4V பெயரளவு மின்னழுத்தத்தை 3.6-3.7V நிலையான லித்தியம்-அயனுடன் ஒப்பிடும் போது உருவாக்குகின்றன. இந்த மின்னழுத்த இழப்பு-தோராயமாக 1V{10}}ஐக் குறிக்கிறது நுகர்வோர் எலக்ட்ரானிக்ஸ் மற்றும் நீண்ட தூர மின்சார வாகனங்கள் போன்ற எடை மற்றும் அளவு முக்கியமானதாக இருக்கும் பயன்பாடுகள் பொதுவாக இந்த வர்த்தகத்தை ஏற்க முடியாது.

பரவலான தத்தெடுப்புக்கு செலவு மற்றொரு தடையாக உள்ளது. லித்தியம் டைட்டனேட் பேட்டரி செல்கள் சராசரியாக ஒரு வாட்{2}}மணி நேரத்திற்கு $1.50 ஆகும், அதே சமயம் லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் செல்கள் ஒரு வாட்-மணி நேரத்திற்கு சுமார் $0.40 செலவாகும். விலை பிரீமியம் பல காரணிகளிலிருந்து உருவாகிறது: சிக்கலான தொகுப்பு தேவைகள், உற்பத்தியின் போது துல்லியமான ஈரப்பதம் கட்டுப்பாடு, விலையுயர்ந்த டைட்டானியம்{6}}அடிப்படையிலான முன்னோடிகள் மற்றும் முக்கிய இரசாயனங்களுடன் ஒப்பிடும்போது குறைந்த உற்பத்தி அளவுகள்.

உற்பத்தி செயல்முறை கவனமாக கட்டுப்படுத்த வேண்டும். Li₄Ti₅O₁₂ சின்டரிங் செய்வதற்கு 600-850 டிகிரி வெப்பநிலை தேவைப்படுகிறது. வெப்பநிலைக் கட்டுப்பாடு போதுமானதாக இல்லை எனில், மின்வேதியியல் செயல்திறனைக் குறைக்கும் போது, அனடேஸ் அல்லது ரூட்டில் TiO₂ இன் தடயங்கள் உருவாகலாம். உயர்தர நானோ கட்டமைக்கப்பட்ட லித்தியம் டைட்டனேட்டுக்கு அதிநவீன உற்பத்தி உபகரணங்கள் மற்றும் நிபுணத்துவம் தேவை.

மின்சார பேருந்துகள் லித்தியம் டைட்டனேட் தொழில்நுட்பத்தின் மிகப்பெரிய வணிக வரிசைப்படுத்தலைக் குறிக்கின்றன. வேதியியலின் வேகமான சார்ஜிங் திறன் பேருந்து நிறுத்தங்களில் வாய்ப்பு சார்ஜ் செய்ய உதவுகிறது, எடை அபராதத்தை ஈடுசெய்யும் சிறிய பேட்டரி பேக்குகளை அனுமதிக்கிறது. ரைட்பஸின் புதிய ரூட்மாஸ்டர் டபுள் டெக்கர்கள் உட்பட ஐரோப்பிய எலக்ட்ரிக் பஸ் உற்பத்தியாளர்களுக்கு மைக்ரோவாஸ்ட் லித்தியம் டைட்டனேட் பேட்டரிகளை லண்டனில் வழங்குகிறது, அங்கு 1,000 யூனிட்கள் 18 kWh பேட்டரி அமைப்புகளுடன் இயங்குகின்றன.

கிரிட் ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகள் அதிர்வெண் ஒழுங்குமுறை மற்றும் துணை சேவைகளுக்கு லித்தியம் டைட்டனேட்டை அதிகளவில் பயன்படுத்துகின்றன. Altairnano லித்தியம் டைட்டனேட் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி 20 MW/5 MWh ஆற்றல் சேமிப்பு ஆலையை உருவாக்கியது. இந்த நிறுவல்கள், லித்தியம் டைட்டனேட் சிறந்து விளங்கும் ஆற்றல் அடர்த்தியின்-பண்புகளை விட மறுமொழி நேரம் மற்றும் சுழற்சி ஆயுளுக்கு முன்னுரிமை அளிக்கின்றன. மின்கலங்கள் கிரிட் அதிர்வெண் மாறுபாடுகளுக்கு மில்லி விநாடிகளுக்குள் பதிலளிக்கும் மற்றும் தினசரி சைக்கிள் ஓட்டுதலை 30-40 ஆண்டுகள் தாங்கும்.

ரயில்வே பயன்பாடுகள் லித்தியம் டைட்டனேட்டின் வெப்பநிலை சகிப்புத்தன்மை மற்றும் பாதுகாப்பைப் பயன்படுத்துகின்றன. சீமென்ஸ் மிரியோ பிளஸ் பி பேட்டரி-எலக்ட்ரிக் ரயில்கள் 15-ஆண்டு எதிர்பார்க்கப்படும் சேவை வாழ்க்கையுடன் தோஷிபா லித்தியம் டைட்டனேட் செல்கள் மூலம் இயக்கப்படும் ஏப்ரல் 2024 இல் சேவையில் நுழைந்தன. பிரிட்டிஷ் இரயில் வகுப்பு 93 ட்ரை{9}}முறை இன்ஜின்கள் லித்தியம் டைட்டனேட் பேட்டரிகளைப் பயன்படுத்தி மின்மயமாக்கப்படாத வரிப் பிரிவுகளில் இயங்குகின்றன. ஜப்பானின் N700S Shinkansen மின்சாரம் தடைபடும் போது அவசர குறைந்த வேகத்தில் செயல்படுவதற்கான தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்துகிறது.

விரைவான சார்ஜிங் அல்லது தீவிர நம்பகத்தன்மை தேவைப்படும் சிறப்பு நிகழ்வுகளில் நுகர்வோர் மின்னணுவியல் லித்தியம் டைட்டனேட்டைப் பயன்படுத்துகிறது. Samsung's Galaxy Note தொடர் S-பேனா ஸ்டைலஸில் லித்தியம் டைட்டனேட் பேட்டரிகளைப் பயன்படுத்துகிறது, இது 40-வினாடி சார்ஜில் இருந்து 10 மணிநேர காத்திருப்பை இயக்குகிறது. Seiko Kinetic கடிகாரங்கள் மின்தேக்கிகளுக்கு பதிலாக லித்தியம் டைட்டனேட் பேட்டரிகள் மூலம் ஆற்றல் சேமிப்பு திறன் மற்றும் சேவை வாழ்க்கை மேம்படுத்தப்பட்டது.

பாதுகாப்பு மற்றும் சுழற்சி வாழ்க்கை அதிக செலவுகளை நியாயப்படுத்தும் போது தானியங்கி வழிகாட்டும் வாகனங்கள் முதல் மொபைல் மருத்துவ சாதனங்கள் வரையிலான தொழில்துறை உபகரணங்கள் லித்தியம் டைட்டனேட்டைத் தேர்ந்தெடுக்கின்றன. டெம்பஸ்ட் வானிலை நிலையம் சோலார் பேனல்கள் வழியாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட 1,300 mAh லித்தியம் டைட்டனேட் பேட்டரியைப் பயன்படுத்துகிறது, ஒவ்வொரு இரண்டு வாரங்களுக்கும் 4 மணிநேர சூரிய ஒளி தேவைப்படுகிறது. இராணுவ மற்றும் விண்வெளி பயன்பாடுகள் தீவிர வெப்பநிலை மற்றும் தீ ஆபத்துகளுக்கு எதிர்ப்பு ஆகியவற்றில் வேதியியலின் செயல்திறனை மதிப்பிடுகின்றன.

லித்தியம் டைட்டனேட் எங்கு பொருந்துகிறது என்பதைப் புரிந்து கொள்ள, அது தெரிந்துகொள்ள உதவுகிறதுலித்தியம் பேட்டரிகள் என்றால் என்னபொதுவாக-அவை மின் ஆற்றலைச் சேமித்து வெளியிடுவதற்கு மின்முனைகளுக்கு இடையே லித்தியம் அயனிகளை நகர்த்தும் ரிச்சார்ஜபிள் ஆற்றல் சேமிப்பு சாதனங்கள். இந்த லித்தியம்-அயன் பேட்டரி குடும்பத்தில், லித்தியம் டைட்டனேட் அதன் நேர்மின்முனைப் பொருளால் வரையறுக்கப்பட்ட ஒரு தனித்துவமான இடத்தைப் பிடித்துள்ளது. பெரும்பாலான லித்தியம் பேட்டரிகள் பல்வேறு கேதோட்கள்-லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் (LFP), நிக்கல்-மாங்கனீஸ்-கோபால்ட் (NMC) அல்லது லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு (LCO) ஆகியவற்றுடன் இணைக்கப்பட்ட கிராஃபைட் அனோட்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. லித்தியம் டைட்டனேட் மின்கலங்கள் லித்தியம் மாங்கனீசு ஆக்சைடு அல்லது லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் கத்தோட்களுடன் பொதுவாக இணைக்கப்பட்ட அனோடாக Li₄Ti₅O₁₂ ஐப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் தங்களை வேறுபடுத்திக் கொள்கின்றன.

LFP பேட்டரிகளுடன் ஒப்பிடும்போது, லித்தியம் டைட்டனேட் 5{1}}10 மடங்கு அதிக சுழற்சி ஆயுளையும், சிறந்த குளிர்-வானிலை செயல்திறனையும் வழங்குகிறது, ஆனால் மூன்றில் ஒன்று முதல் பாதி வரை ஆற்றல் அடர்த்தியை மட்டுமே வழங்குகிறது. LFP செல்கள் லித்தியம் டைட்டனேட்டின் விலை தோராயமாக $0.40/Wh மற்றும் $1.50/Wh. இரண்டு இரசாயனங்களும் ஆற்றல் அடர்த்தியின் மீது பாதுகாப்பை வலியுறுத்துகின்றன, தீ ஆபத்து கடுமையான விளைவுகளை ஏற்படுத்தும் பயன்பாடுகளுக்கு மாற்றாக அமைகின்றன.

அதிகபட்ச வரம்பு தேவைப்படும் மின்சார வாகன பயன்பாடுகளில் NMC மற்றும் NCA பேட்டரிகள் ஆதிக்கம் செலுத்துகின்றன. இந்த இரசாயனங்கள் 200-250 Wh/kg-இரட்டை அல்லது மூன்று லித்தியம் டைட்டனேட்டின் ஆற்றல் அடர்த்தியை-300-500 மைல் வரம்புகளை வழங்குகின்றன. இருப்பினும், அவை 1,000-2,000 முறை மட்டுமே சைக்கிள் ஓட்டுகின்றன மற்றும் அதிக வெப்ப ரன்வே அபாயங்களை ஏற்படுத்துகின்றன. நகர்ப்புற டெலிவரி ஃப்ளீட்கள் மற்றும் நகரப் பேருந்துகள் போன்ற ஒரு மைலுக்கு நீண்ட கால செலவு மற்றும் வேகமான சார்ஜிங் ஆகியவற்றிற்கு முன்னுரிமை அளிக்கும் மின்சார வாகனங்கள், செயல்பாட்டு நன்மைகளுக்காக லித்தியம் டைட்டனேட்டின் வரம்பு அபராதத்தை ஏற்கலாம்.

திடமான-நிலை பேட்டரிகள் மற்றும் சோடியம்-அயன் செல்கள் போன்ற வளர்ந்து வரும் தொழில்நுட்பங்களுக்கு எதிராக, லித்தியம் டைட்டனேட் முதிர்ந்த, வணிக ரீதியாக நிரூபிக்கப்பட்ட தொழில்நுட்பத்தைக் குறிக்கிறது. திடமான-நிலை பேட்டரிகள் அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி மற்றும் பாதுகாப்பை உறுதியளிக்கின்றன, ஆனால் உற்பத்தி சவால்களுடன் வணிகத்திற்கு முந்தைய வளர்ச்சியில் உள்ளன. சோடியம்-அயன் பேட்டரிகள் குறைந்த பொருள் செலவுகளை வழங்குகின்றன, ஆனால் குறைந்த சுழற்சி ஆயுளுடன் லித்தியம் டைட்டனேட் போன்ற ஆற்றல் அடர்த்தியை வழங்குகின்றன. 2025-2033 திட்டத்திற்கான சந்தை முன்னறிவிப்புகள் லித்தியம் டைட்டனேட் சிறப்பு சந்தைப் பிரிவுகளை பராமரிக்கிறது, அதே நேரத்தில் புதிய தொழில்நுட்பங்கள் வெகுஜன சந்தை பயன்பாடுகளை நிவர்த்தி செய்கின்றன.

Lithium Titanate

உலகளாவிய லித்தியம் டைட்டனேட் பேட்டரி சந்தை 2024 இல் $75.61-80.65 பில்லியனை எட்டியது, பல சந்தை ஆராய்ச்சி நிறுவனங்களின்படி, 2033-2034க்குள் $237-308 பில்லியன் வரை கணிக்கப்பட்டுள்ளது. இது 10-14.4% என்ற கூட்டு வருடாந்திர வளர்ச்சி விகிதங்களைக் குறிக்கிறது, இது முதன்மையாக மின்சார வாகனம் தத்தெடுப்பு, கட்ட சேமிப்பு விரிவாக்கம் மற்றும் வேகமாக சார்ஜ் செய்யும் உள்கட்டமைப்புக்கான தேவை ஆகியவற்றால் இயக்கப்படுகிறது.

ஆசியா-உற்பத்தி மற்றும் நுகர்வில் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது, 2024 ஆம் ஆண்டில் உலகளாவிய லித்தியம் டைட்டனேட் பேட்டரி தேவையில் சுமார் 60% பங்களிக்கிறது. சீனாவின் 14வது ஐந்தாவது ஆண்டுத் திட்டம்-2020-2025 இலிருந்து 50% புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் உற்பத்தி வளர்ச்சியை இலக்காகக் கொண்டுள்ளது. 20-30 வருட திட்ட ஆயுட்காலம். தோஷிபாவின் SCiB தொழில்நுட்பத்தின் தாயகமான ஜப்பான், இரயில் போக்குவரத்து மற்றும் தொழில்துறை பயன்பாடுகளில் வலுவான லித்தியம் டைட்டனேட்டை ஏற்றுக்கொள்கிறது.

வட அமெரிக்கா ஏறக்குறைய 36% சந்தைப் பங்கைக் கொண்டுள்ளது, நிறுவப்பட்ட உற்பத்தியாளர்களான Altairnano மற்றும் Grinergy போன்ற வளர்ந்து வரும் வீரர்கள் உற்பத்தி திறனை விரிவுபடுத்துகின்றனர். மேம்பட்ட பேட்டரி தொழில்நுட்பங்களில் அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் $258 மில்லியன் முதலீடு, வழக்கமான லித்தியம்{5}}அயன் போதுமானதாக இல்லை என்பதை நிரூபிக்கும் சிறப்புப் பயன்பாடுகளுக்கான லித்தியம் டைட்டனேட் மேம்பாட்டை உள்ளடக்கியது.

முக்கிய உற்பத்தியாளர்களில் தோஷிபா (SCiB பிராண்ட்), அல்டெய்ர்னானோ (நானோசேஃப்), மைக்ரோவாஸ்ட் (LpTO), லெக்லாஞ்சே (TiBox) மற்றும் கிரீ எலக்ட்ரிக் வாங்கிய யின்லாங் பேட்டரி டெக்னாலஜி உட்பட சீன தயாரிப்பாளர்கள் உள்ளனர். உற்பத்தித் திறன் விரிவாக்கங்கள், அடிப்படை வேதியியல் மாற்றங்களைக் காட்டிலும் செயல்முறை மேம்படுத்தல் மற்றும் பொருளாதார அளவீடுகள் மூலம் செலவுகளைக் குறைப்பதில் கவனம் செலுத்துகின்றன.

ஆராய்ச்சி திசைகள் லித்தியம் டைட்டனேட்டின் முதன்மை வரம்புகளை நிவர்த்தி செய்வதை வலியுறுத்துகின்றன. கடத்துத்திறன் மற்றும் திறனை அதிகரிக்க நியோபியம், மெக்னீசியம் அல்லது பிற கூறுகளுடன் ஊக்கமருந்துகளை உலகளவில் குழுக்கள் ஆராய்கின்றன. கார்பன் பூச்சு மற்றும் நானோ கட்டமைப்பு உள்ளிட்ட மேற்பரப்பு மாற்றங்கள் விகித செயல்திறனை மேம்படுத்துவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன. மிதமிஞ்சிய உத்திகள் Li₇Ti₅O₁₂ க்கு அப்பால் சைக்கிள் ஓட்டுதலை ஆராய்ந்து கூடுதல் திறனைக் கைப்பற்றுகிறது, இருப்பினும் இது பூஜ்ஜிய-திரிபு நன்மையை சமரசம் செய்கிறது.

லித்தியம் டைட்டனேட் உற்பத்தி பொதுவாக திடமான-நிலை அல்லது திரவ{1}}நிலைத் தொகுப்பு வழிகளைப் பின்பற்றுகிறது, ஒவ்வொன்றும் தனித்தனி நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது. பாரம்பரிய உயர்-வெப்பநிலை திட-நிலை முறையானது லித்தியம் கார்பனேட் (Li₂CO₃) மற்றும் டைட்டானியம் டையாக்சைடு (TiO₂) ஆகியவற்றை ஸ்டோச்சியோமெட்ரிக் விகிதங்களில் கலந்து, பின்னர் 10-24 மணிநேரத்திற்கு 700-850 டிகிரியில் கலவையைக் கணக்கிடுகிறது. இந்த அணுகுமுறை எளிமையானது மற்றும் அளவிடக்கூடியது ஆனால் குறைந்த பரப்பளவுடன் ஒப்பீட்டளவில் பெரிய துகள்களை (500nm-5μm) உருவாக்குகிறது.

சோல்-ஜெல் முறைகள் துகள் அளவு மற்றும் உருவ அமைப்பில் சிறந்த கட்டுப்பாட்டை வழங்குகின்றன. ஆராய்ச்சியாளர்கள் டெட்ராபியூட்டில் டைட்டனேட் போன்ற டைட்டானியம் அல்காக்சைடுகளை லித்தியம் ஹைட்ராக்சைடுடன் கரிம கரைப்பான்களில் கரைத்து, பின்னர் ஜெல் மற்றும் கால்சினை 600-800 டிகிரியில் கரைக்கிறார்கள். இதன் விளைவாக உருவாகும் லித்தியம் டைட்டனேட் 200nm க்கும் குறைவான துகள் அளவுகள் மற்றும் 100 m²/g ஐ நெருங்கும் உயர் மேற்பரப்பு பகுதிகள் வேகமாக சார்ஜ் செய்ய உதவுகிறது. இருப்பினும், சோல்-ஜெல் செயல்முறைகளுக்குக் கவனமாக ஈரப்பதக் கட்டுப்பாடு தேவைப்படுகிறது மற்றும் திட-நிலைத் தொகுப்பைக் காட்டிலும் விலை அதிகம்.

ஹைட்ரோதெர்மல் சின்தஸிஸ் லித்தியம் டைட்டனேட்டை ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த வெப்பநிலையில் (120-200 டிகிரி ) அழுத்தப்பட்ட நீர்வாழ் கரைசல்களில் முன்னோடிகளை வினைபுரிவதன் மூலம் உருவாக்குகிறது. இந்த முறை தனித்துவமான உருவ அமைப்புகளுடன் கூடிய நானோகுழாய்கள் மற்றும் நானோவைர்களை உருவாக்குகிறது, ஆனால் சிறப்பு உயர் அழுத்த கருவிகள் தேவைப்படுகிறது மற்றும் திரவ கழிவு நீரோடைகளை உருவாக்குகிறது.

உருகிய உப்பு முறையானது, 500-700 டிகிரியில் குறைந்த-உருகும் உப்புக் குளியலில் (பொதுவாக LiCl-KCl கலவைகள்) எதிர்வினைகளை இடைநிறுத்துகிறது. திரவ ஊடகம் விரைவான அயனி பரவலை எளிதாக்குகிறது, நல்ல மின்வேதியியல் பண்புகளுடன் அதிக படிக லித்தியம் டைட்டனேட்டை உருவாக்குகிறது. பாரம்பரிய திட-நிலை வழிகளுடன் ஒப்பிடும்போது ஆற்றல்-திறனுள்ள நிலையில், உருகிய உப்பு முறைகளுக்கு உப்பு மீட்பு மற்றும் மறுசுழற்சி அமைப்புகள் தேவைப்படுகின்றன.

உற்பத்தியின் போது தரக் கட்டுப்பாடு முக்கியமானது. X-கதிர் மாறுபாடு கட்ட தூய்மையை உறுதிப்படுத்துகிறது, ஏனெனில் அனாடேஸ் அல்லது ரூட்டில் TiO₂ செயல்திறன் குறைகிறது. துகள் அளவு பரவலானது எலக்ட்ரோடு செயலாக்கம் மற்றும் பேட்டரி செயல்திறனைப் பாதிக்கிறது-மிகப் பெரியது மற்றும் கடத்துத்திறன் பாதிக்கப்படுகிறது, மிகச் சிறியது மற்றும் துகள்கள் திரட்டப்படுகின்றன. செல் அசெம்பிளியின் போது எலக்ட்ரோலைட் சிதைவைத் தடுக்க ஈரப்பதம் 100 பிபிஎம்க்குக் கீழே இருக்க வேண்டும்.

லித்தியம் டைட்டனேட் பேட்டரிகள் பொதுவாக 10,000 முதல் 30,000 முழு சார்ஜ்{4}}டிஸ்சார்ஜ் சுழற்சிகளை 80% திறனை அடைவதற்கு முன்பு அடையும், சில உயர்{6}}பவர் மாறுபாடுகள் 45,000 சுழற்சிகளுக்கு மதிப்பிடப்படுகின்றன. கிராஃபைட் அனோட்களைப் பயன்படுத்தும் வழக்கமான லித்தியம்{10}}அயன் பேட்டரிகள் இதே நிலைகளின் கீழ் 2,000-3,000 சுழற்சிகளைக் கடக்கும். இந்த 5-15x ஆயுட்கால நன்மையானது தினசரி சைக்கிள் ஓட்டுதலுடன் பயன்பாடுகளில் 20-30 வருட செயல்பாட்டு ஆயுட்காலம் ஆகும், இது வழக்கமான லித்தியம்-அயனுக்கு 5-8 ஆண்டுகள் ஆகும்.

ஆற்றல் அடர்த்தி குறைபாடு லித்தியம் டைட்டனேட்டை கையடக்க நுகர்வோர் எலக்ட்ரானிக்ஸ்க்கு சாத்தியமற்றதாக ஆக்குகிறது. லித்தியம் டைட்டனேட்டைப் பயன்படுத்தும் ஸ்மார்ட்ஃபோன் பேட்டரி, சமமான இயக்க நேரத்தை வழங்குவதற்கு தற்போதைய வடிவமைப்புகளை விட 2-3 மடங்கு பெரியதாகவும் கனமாகவும் இருக்கும். வேகமான சார்ஜிங் மற்றும் நீண்ட ஆயுட்கால நன்மைகள் லித்தியம் டைட்டனேட் சலுகைகளை விட நுகர்வோர் சாதனத்தின் அளவு மற்றும் எடைக்கு முன்னுரிமை அளிக்கின்றனர். அதிக விலை, விலை உணர்திறன் கொண்ட நுகர்வோர் சந்தைகளில் தத்தெடுப்பை மேலும் ஊக்கப்படுத்துகிறது.

ஆம், லித்தியம் டைட்டனேட் பேட்டரிகள் சரியாக வடிவமைக்கப்பட்டால் தற்போதைய டெஸ்லா சூப்பர்சார்ஜர்களை விட கணிசமாக வேகமாக சார்ஜ் செய்ய முடியும். தோஷிபாவின் சமீபத்திய செல்கள் 1-6 நிமிடங்களில் பவர் அளவைப் பொறுத்து 80% சார்ஜ் ஆகும், அதே சமயம் டெஸ்லா சூப்பர்சார்ஜர்களுக்கு இதே போன்ற சார்ஜ் நிலைகளுக்கு 15-20 நிமிடங்கள் தேவைப்படும். இருப்பினும், இதற்கு சிறப்பு உயர்-பவர் சார்ஜிங் உள்கட்டமைப்பு (400+ kW) தேவைப்படுகிறது, மேலும் ஆற்றல் அடர்த்தி அபராதம் என்பது லித்தியம் டைட்டனேட் வாகனங்கள் சமமான பேட்டரி எடைக்கு குறைவான வரம்பைக் கொண்டிருக்கும்.

மூன்று காரணிகள் லித்தியம் டைட்டனேட் பாதுகாப்பை மேம்படுத்துகின்றன: முதலாவதாக, 1.55V இயக்க திறன் லித்தியம் டென்ட்ரைட் உருவாவதைத் தடுக்கிறது, இது கிராஃபைட் அனோட்களில் உள் குறுகிய சுற்றுகளை ஏற்படுத்துகிறது. இரண்டாவதாக, பொருள் ஒரு திடமான எலக்ட்ரோலைட் இடைமுகத்தை உருவாக்காது, அது வெளிப்புற வெப்பமாக சிதைந்துவிடும். மூன்றாவதாக, 270 டிகிரி வெப்ப ரன்வே த்ரெஷோல்ட், பெரும்பாலான துஷ்பிரயோக நிலை வெப்பநிலையை மீறுகிறது, மேலும் பூஜ்ஜிய-திரிபு அமைப்பு தாக்கங்களிலிருந்து இயந்திர சேதத்தை எதிர்க்கிறது. இந்த குணாதிசயங்கள் லித்தியம் டைட்டனேட் செல்களை ஆணி ஊடுருவல் மற்றும் நசுக்கும் சோதனைகளை தீ அல்லது வெடிப்பு இல்லாமல் அனுமதிக்கின்றன.

Lithium Titanate

லித்தியம் டைட்டனேட் ஆற்றல் சேமிப்பில் வரையறுக்கப்பட்ட ஆனால் வளர்ந்து வரும் முக்கிய இடத்தைப் பிடித்துள்ளது. ஆற்றல் அடர்த்தி பயன்பாட்டினைத் தீர்மானிக்கும் ஸ்மார்ட்ஃபோன்கள் அல்லது நீண்ட தூர வாகனங்களில் உள்ள வழக்கமான லித்தியம்-அயனை தொழில்நுட்பம் மாற்றாது. மாறாக, சுழற்சி வாழ்க்கை, பாதுகாப்பு, வேகமான சார்ஜிங் அல்லது வெப்பநிலை சகிப்புத்தன்மை ஆகியவை குறைந்த ஆற்றல் அடர்த்தி மற்றும் அதிக செலவுகளை ஏற்றுக்கொள்வதை நியாயப்படுத்தும் பயன்பாடுகளை இது நிவர்த்தி செய்கிறது.

பொது போக்குவரத்தில் தெளிவான வளர்ச்சிப் பாதை தோன்றுகிறது, அங்கு வாய்ப்பு சார்ஜிங் சிறிய பேட்டரி பேக்குகளை செயல்படுத்துகிறது, இது எடை அபராதங்களை ஓரளவு ஈடுசெய்கிறது, மேலும் 12-15 ஆண்டுகளுக்கும் மேலாக பேட்டரி மாற்றும் செலவுகள் நீடித்த இரசாயனத்திற்கு சாதகமாக இருக்கும். கட்டம் சேமிப்பகம் மற்றொரு இயற்கையான பொருத்தத்தைக் குறிக்கிறது, குறிப்பாக பல தசாப்தங்களாக தினசரி ஆழமற்ற சுழற்சிகள் தேவைப்படும் அதிர்வெண் ஒழுங்குமுறை சேவைகளுக்கு.

ஹைப்ரிட் அணுகுமுறைகளில் சமீபத்திய மேம்பாடுகள், லித்தியம் டைட்டனேட் அனோட்களை மேம்பட்ட உயர் திறன் கேத்தோட்களுடன் இணைத்தல் அல்லது லித்தியம் டைட்டனேட் வரம்பில் உள்ள-சிறிய பேட்டரி அடிக்கடி சுழற்சி செய்யும் போது நீட்டிக்கப்பட்ட வாகனங்களைப் பயன்படுத்துவதை உறுதியளிக்கிறது. உற்பத்தி அளவுகள் மற்றும் செலவுகள் குறைவதால், வேதியியல் கூடுதல் சிறப்பு சந்தைகளாக விரிவடையும். இப்போதைக்கு, லித்தியம் டைட்டனேட், அனைத்துப் பயன்பாடுகளுக்கும் ஒற்றை "சிறந்த" தொழில்நுட்பத்தைப் பின்பற்றுவதை விட, உகந்த பேட்டரி வேதியியல் முற்றிலும் பயன்பாட்டுத் தேவைகளைப் பொறுத்தது என்பதை நிரூபிக்கிறது.