Me rregullimin e vazhdueshëm të strukturës globale të energjisë dhe zhvillimin e shpejtë të energjisë së rinovueshme,ruajtjen e energjisëteknologjia po bëhet gradualisht një mbështetje e rëndësishme për transformimin e energjisë dhe nxitjen e zhvillimit të ardhshëm ekonomik.
Hyrje në teknologjinë e baterive të ruajtjes së energjisë
▲Shndërrimi, ruajtja dhe shfrytëzimi i energjisë
▲Klasifikimi dhe aplikimi i teknologjive të ruajtjes së energjisë
▲Pasqyrë e baterive të ruajtjes së energjisë
▲Parimi i punës dhe përbërja e baterive të ruajtjes së energjisë
▲Treguesit e performancës dhe terminologjia përkatëse e baterive të ruajtjes së energjisë
Energjia është forca themelore që drejton botën dhe një burim thelbësor mbi të cilin shoqëria njerëzore varet për zhvillim. Nga përdorimi fillestar i zjarrit deri te energjia elektrike e sotme, zhvillimi dhe përdorimi i energjisë ka nxitur përparimin e qytetërimit dhe ka formësuar strukturën tonë aktuale shoqërore.
Me rritjen e vazhdueshme të kërkesës globale për energji dhe zhvillimin e shpejtë të energjisë së rinovueshme, teknologjia e baterive të ruajtjes së energjisë është shfaqur dhe është bërë një shtyllë thelbësore e sektorit të energjisë. Bateritë e ruajtjes së energjisë mund të ruajnë në mënyrë efektive burime të ndërprera të energjisë si energjia e erës dhe diellit dhe t'i lëshojnë ato gjatë periudhave të pikut të kërkesës, duke siguruar stabilitetin e furnizimit me energji elektrike. Kjo teknologji jo vetëm që redukton varësinë nga lëndët djegëse tradicionale fosile, por gjithashtu ofron garanci të rëndësishme për arritjen e sistemeve të energjisë së ulët-dhe të qëndrueshme.
Zhvillimi i teknologjisë së baterive të ruajtjes së energjisë, nga bateritë tradicionale të plumbit-acideve deri te bateritë moderne të litiumit-joneve, dhe më pas tek bateritë-në gjendje të ngurtë dhe bateritë e natriumit-joneve, po depërton vazhdimisht nëpër pengesat teknologjike. Duke përmirësuar densitetin e energjisë, duke zgjatur jetëgjatësinë dhe duke rritur sigurinë, bateritë e ruajtjes së energjisë kanë treguar perspektiva të gjera aplikimi në fusha të tilla si ruajtja e energjisë në shtëpi, transporti dhe rregullimi i rrjetit. Mund të thuhet se teknologjia e baterive të ruajtjes së energjisë nuk është vetëm çelësi për transformimin aktual të strukturës së energjisë, por edhe thelbi i rrjeteve inteligjente të ardhshme dhe sistemeve të shpërndara të energjisë.
Teknologjia e ruajtjes së energjisë së baterisë me bazë litium-
▲Struktura dhe parimi i funksionimit të baterive të litiumit-
▲Materialet katodë të baterisë së litiumit-jon
▲Materialet anode të baterive litium-jonike
▲Elektrolit i baterisë së litiumit-
▲Projektimi dhe prodhimi i baterive litium-jon
Në vitin 1970, MS Whittingham i ExxonMobil krijoi baterinë e parë të litium-joneve. Ai përdori disulfidin e titanit dhe litiumin metalik si elektroda pozitive dhe negative, respektivisht. Gjatë karikimit dhe shkarkimit, litiumi metalik konsumohet dhe gjenerohet vazhdimisht në elektrodën negative, ndërsa disulfidi i titanit vazhdimisht fut dhe nxjerr jonet e litiumit në elektrodën pozitive. Këto dy procese janë të kthyeshme gjatë gjithë jetëgjatësisë së baterisë, duke formuar kështu një bateri dytësore të joneve të litiumit me një tension prej 2V. Në vitin 1982, RR Agarwal dhe JR Selman nga Instituti i Teknologjisë i Illinois zbuluan se jonet e litiumit kanë vetinë e ndërthurjes në grafit, një proces që është i papranueshëm në recepsion... Bateritë e litiumit{16}}jonit i janë nënshtruar një procesi kërkimi, zhvillimi dhe evolucioni. Me performancën e tyre superiore dhe të përshtatshme, ata po depërtojnë gjithnjë e më shumë në fusha të ndryshme, nga produktet 3C si telefonat celularë dhe tabletët te sektorët e energjisë elektrike si automjetet elektrike dhe fushat e ruajtjes së energjisë në shkallë të{19}masave të mëdha si fotovoltaikët dhe energjia e erës, duke ndikuar ndjeshëm në jetën shoqërore.
Çfarë është një bateri?
▲ Historia e zhvillimit të baterisë
▲Hyrje në bateritë me jon{0}}litium
▲Karakteristikat e baterive litium-jon
▲Materialet kryesore në bateritë litium{0}}jon
Një bateri është një lloj burimi energjie. Burimet e energjisë zakonisht ndahen në burime fizike të energjisë dhe burime kimike të energjisë. Burimet fizike të energjisë përfshijnë pajisjet e prodhimit të energjisë diellore, pajisjet e prodhimit të energjisë termoelektrike, gjeneratorët termikë dhe hidroelektrikë, etj.; ndërsa burimet kimike të energjisë i referohen pajisjeve të prodhimit të energjisë që mund të konvertojnë drejtpërdrejt energjinë kimike në energji elektrike, domethënë bateri kimike në kuptimin e përgjithshëm, ose thjesht bateri.
Sistemet e baterive kanë evoluar përgjatë katër gjeneratave: bateritë e plumbit-acidit, bateritë nikel-kadmiumi, nikel-bateritë hidride metalike dhe bateritë e litiumit-joneve. Performanca e baterisë është përmirësuar vazhdimisht dhe kuptimi i njerëzve për sistemet e baterive është thelluar. Aktualisht, bateritë litium-jonike janë sistemi i baterive të rikarikueshme më efikase dhe më efikase-, që përfaqëson nivelin më të lartë të kërkimit dhe teknologjisë së baterive njerëzore.
Historia e Kërkimit dhe Zhvillimit të Materialeve Fosfat Litium Hekuri
▲Historia e zhvillimit të materialeve fosfat të hekurit litium
▲Situata e patentës së fosfatit të hekurit të litiumit
▲ Studime strukturore dhe të performancës së materialeve fosfat të hekurit litium
Fosfati i hekurit të litiumit (LiFeP, LFP, i njohur gjithashtu si fosfati i hekurit të litiumit ose fosfati i hekurit të litiumit) është një material katodë që përdoret në bateritë e litiumit-. Karakterizohet nga mungesa e elementeve të çmuar si kobalti dhe nikeli, çmimet e ulëta të lëndëve të para dhe bollëku i fosforit, litiumit dhe burimeve të hekurit në koren e Tokës, të cilat mund të plotësojnë kërkesën e tregut që tejkalon një milion ton në vit. Si një material katodë, fosfati i hekurit të litiumit ka një tension të moderuar operativ (3.2 V), kapacitet të lartë specifik (170 mA·h/g), fuqi të lartë shkarkimi, aftësi karikimi të shpejtë, jetëgjatësi të ciklit dhe stabilitet të mirë në mjedise me temperaturë të lartë dhe nxehtësi të lartë.
Pajisjet e prodhimit të përdorura në prodhimin e materialeve fosfat të hekurit litium
▲Kërkesat për pajisjet e prodhimit:;pajisjet e përzierjes;pajisjet e tharjes;pajisjet e sinterimit;;pajisjet e shtypjes; Pajisjet e skanimit; Gjeneratori i azotit; Pajisjet e paketimit.
Kur materialet katodë të fosfatit të hekurit të litiumit (LFP) përdoren në prodhimin e baterive litium-jonike, kërkesat për pastërtinë, fazën dhe papastërtitë e tyre janë jashtëzakonisht të rrepta. Për shembull, kur shkalla e oksidimit të hekurit dyvalent në LFP arrin 1%, kapaciteti specifik mund të ulet me më shumë se 30%. Kjo është për shkak se hekuri trevalent i sapo krijuar mbulon sipërfaqen e LFP, duke formuar një shtresë reaktive që parandalon reaksione të mëtejshme të brendshme. Nëse LFP tashmë është oksiduar, metodat e mëvonshme të reduktimit nuk mund të japin LFP sepse jonet e litiumit në lëndën e parë tashmë kanë humbur.
Përgatitja e materialeve fosfat litium hekuri me metodën e oksalatit të hekurit
▲Parimi i sintezës
▲Lëndët e para kryesore sintetike
▲Procesi i sintezës
▲Performanca e materialeve sintetike
Procesi i sintetizimit të fosfatit të hekurit të litiumit duke përdorur oksalatin e hekurit si lëndë të parë quhet metoda e oksalatit të hekurit (ose thjesht metoda e hekurit). Aktualisht, metoda e oksalatit të hekurit është procesi dhe metoda më e përdorur në Kinë, me më shumë se gjysmën e prodhuesve vendas që e përdorin atë. Përparësitë e tij kryesore janë kostot e ulëta të lëndëve të para, procesi i thjeshtë dhe kontrolli i lehtë i raporteve të përbërësve.
Përgatitja e materialeve fosfat të hekurit litium me reduktim karbotermik
▲Parimi i sintezës
▲Lëndët e para kryesore sintetike
▲Procesi i sintezës
▲Performanca e materialeve sintetike
Ndër prodhuesit që prodhojnë materiale litium hekur fosfat (LiFePO4), metoda e reduktimit karbotermik është aktualisht teknologjia e dytë më e përdorur gjerësisht pas metodës së oksalatit të hekurit. Lënda e parë e tij kryesore është hekuri hekur (Fe2PO4), duke përfshirë fosfatin e hekurit (Fe2PO4) dhe oksidin e hekurit (Fe2O3). Gjatë reaksionit, karboni (C) dhe monoksidi i karbonit (C2O3) reduktojnë hekurin hekur (Fe2PO4) në hekur me ngjyra (Fe{13}}), i cili më pas hyn në rrjetën kristalore, duke formuar strukturën kristalore të fosfatit të hekurit litium (LiFePO4).
Avantazhi i metodës së reduktimit karbotermik është se oksidimi i lëndëve të para nuk duhet të merret parasysh gjatë përpunimit; metoda të ndryshme përzierjeje mund të përdoren për përpunimin e lëndëve të para për të arritur gjendjen e dëshiruar të dispersionit. Vetëm në fazën e temperaturës së lartë, karboni e redukton hekurin hekur në hekur me ngjyra, duke formuar fosfat hekuri litium, prandaj quhet metoda e reduktimit karbotermik. Metoda e reduktimit karbotermik arrin reduktimin me një-hap, zvogëlon prodhimin e gazit dhe është e dobishme për përmirësimin e rendimentit. Në të njëjtën kohë, procesi i sintezës është i thjeshtë dhe i lehtë për t'u kontrolluar, duke çuar në një numër në rritje të kompanive që përdorin metodën e reduktimit karbotermik.
Përgatitja hidrotermale e materialeve fosfat hekur litium
▲Parimi i sintezës
▲Lëndët e para kryesore sintetike
▲Procesi i sintezës
▲Performanca e materialeve sintetike
Metoda hidrotermale është një metodë relativisht e avancuar për përgatitjen e materialeve katodë të fosfatit të hekurit të litiumit. Procesi i tij kryesor përdor një sistem hidrotermik superkritik, duke shpërndarë sulfat hekuri, hidroksid litiumi dhe acid fosforik në ujë, duke ngrohur tretësirën në mbi 100 gradë në një mjedis të mbyllur për të formuar një zgjidhje ujore me-temperaturë të lartë, me presion të lartë-. Reaksioni vazhdon përmes difuzionit të joneve, duke gjeneruar grimca kristalore të fosfatit të hekurit të litiumit. Materiali i pastër i fosfatit të hekurit të litiumit filtrohet më pas, thahet dhe lyhet me karbon- për të formuar një përbërje litium hekur fosfat/karbon.
Metodat konvencionale të testimit dhe analizës për materialet e fosfatit të hekurit të litiumit
▲Analiza e përbërjes kimike dhe metodat e testimit për materialet e fosfatit të hekurit litium
▲ Metodat e testimit të vetive fizike për materialet e fosfatit të hekurit litium
▲ Metodat e testimit të performancës elektrokimike për materialet e fosfatit të hekurit të litiumit
▲ Vlerësimi i Aplikimeve Praktike të Materialeve Litium Iron Fosfate
Për materialet e litium fosfatit të hekurit (LFP), testimi është një teknologji thelbësore, madje më e rëndësishme se kontrolli i procesit të sintezës. Pa të dhëna të sakta dhe të sakta testimi, nuk mund të arrihen kushte të qëndrueshme të procesit, dhe kështu, nuk mund të prodhohen produkte të kualifikuara LFP që plotësojnë kërkesat e përdorimit. Testimi rigoroz i materialeve është thelbësor gjatë gjithë procesit të prodhimit, nga prokurimi dhe sinteza e lëndëve të para deri te vlerësimi i produktit të përfunduar. Prandaj, çdo njësi që hulumton dhe prodhon LFP duhet t'i kushtojë rëndësi të madhe ndërtimit të sistemit të saj të testimit. Përdorimi i pajisjeve të sofistikuara të testimit, metodat rigoroze të testimit dhe{4}}personeli i trajnuar mirë i testimit janë kushte themelore për një kompani për të ruajtur pozicionin e saj në industri.
Analiza e vetive të tjera karakteristike të materialeve fosfat të hekurit të litiumit
▲Analiza e performancës elektrokimike të materialeve fosfat të hekurit të litiumit
▲Analiza morfologjike mikroskopike elektronike e materialeve fosfat të hekurit të litiumit
▲Energjia sipërfaqësore e materialeve fosfat të hekurit të litiumit
▲ Matja e tretshmërisë së hekurit në materialet fosfat të hekurit litium
▲Karakteristikat spektroskopike të materialeve fosfat të hekurit të litiumit
Në aplikimin praktik të materialeve fosfat litium hekuri, përveç testeve rutinë të performancës, është gjithashtu e nevojshme të maten disa veti specifike për të siguruar një referencë për vlerësimin e performancës së materialit dhe proceset e prodhimit të baterive. Me avancimin e teknologjisë, disa parametra që më parë mund të maten vetëm duke përdorur qeliza të plota, tani mund të përcaktohen duke përdorur metoda të thjeshta. Për shembull, performanca e ciklit të materialeve fosfat të hekurit të litiumit, veçanërisht performanca e ciklit të karbonit, tani mund të vlerësohet duke përdorur qeliza monedhash të dizajnuara posaçërisht, duke thjeshtuar shumë procesin e matjes.
Teknologjia e prodhimit të baterive duke përdorur materiale fosfate hekuri litium
▲ Specifikimet e projektimit të sistemit të baterive me fosfat litium hekuri
▲ Teknologjia e përgatitjes së llumit të materialit fosfat litium hekuri
▲ Veshje e llumit të fosfatit të hekurit të litiumit
▲Rrotullimi i elektrodave të fosfatit të hekurit të litiumit
▲Transformimi dhe Ndarja
▲ Shembuj të tjerë të prodhimit të baterive
Për çdo bateri litium-jonike, dizajni fillestar është detyra kryesore. Puna e projektimit përfshin përcaktimin e procesit të prodhimit të baterisë së litium-joneve. Meqenëse performanca e baterisë përcaktohet kryesisht nga elektroda, dizajni i elektrodës është një aspekt thelbësor i procesit të prodhimit të baterive. Kjo është gjithashtu e vërtetë për bateritë me fosfat hekur litium.
Fushat kryesore të aplikimit të baterive me fosfat hekur litium
▲Zbatimet e baterive të fosfatit të hekurit litium në pajisjet e transportit elektrik
▲Zbatimet e baterive të fosfatit të hekurit litium në furnizimin me energji për ruajtjen e energjisë
▲Zbatimet e baterive të fosfatit të hekurit litium në veglat elektrike
▲Zbatimet e baterive me fosfat hekur litium
Fosfati i hekurit të litiumit (LFP) është materiali katodë për bateritë e litiumit- dhe avantazhi i tij më i madh është siguria e lartë. Ai posedon gjithashtu avantazhe që mungojnë materialet treshe të oksidit të manganit të litiumit dhe nikelit-manganit-kobaltit, të tilla si jetëgjatësia e gjatë e ciklit, kostoja e ulët e materialit dhe burimet e bollshme të lëndëve të para. Bateritë LFP kanë tension të qëndrueshëm, tension të moderuar operativ, përputhshmëri të mirë me sistemet e elektrolitit, nuk janë-toksike, nuk kanë efekt memorie dhe nuk ndotin mjedisin. Energjia e tyre specifike mund të arrijë 100–130 Wh/kg, që është 0,3–5 herë më e madhe se ajo e baterive të plumbit{11}}acidit dhe 1,5 herë më e madhe e baterive të nikelit{13}}hidridit metalik. Duke pasur parasysh avantazhet e saj të shumta, ajo konsiderohet një bateri ideale për automjetet elektrike, ruajtjen e energjisë së erës dhe diellit dhe bateritë rezervë të sigurta për përdorim shtëpiak.
Outlook për materiale të tjera katodë për bateritë litium-
▲Material katodë litium vanadium fosfat -
▲Material katodë litium mangan fosfat
▲Material katodë silikat hekuri litium
▲Material katodë borat hekuri litium
▲Materialet katodë me shtresa të pasura me litium{{0}
Shfaqja e materialeve të fosfatit të hekurit të litiumit (LFP) hodhi themelet e shkencës materiale për aplikimin e gjerë të baterive jonike të-litiumit- në shkallë të gjerë.
Siç dihet, siguria e baterive litium{0}}jonike ka qenë gjithmonë një çështje thelbësore dhe kritike që kufizon zhvillimin e industrisë. Edhe në vendet e zhvilluara me veti materiale të qëndrueshme dhe pajisje të sofistikuara përpunimi, siguria e baterive të litium-joneve nuk mund të garantohet plotësisht. Duke pasur parasysh nivelin aktual relativisht të ulët të përpunimit të baterive litium-jonike në vendin tim, LFP-u përshtatet mirë kushteve kombëtare të vendit tim, duke përmirësuar ndjeshëm sigurinë e baterisë.