Með stöðugri aðlögun á alþjóðlegri orkuuppbyggingu og hraðri þróun endurnýjanlegrar orku,orkugeymslatæknin er smám saman að verða mikilvægur stuðningur við umbreytingu orku og knýja áfram efnahagsþróun í framtíðinni.
Kynning á tækni fyrir orkugeymslu rafhlöðu
▲Orkuumbreyting, geymsla og nýting
▲Flokkun og beiting orkugeymslutækni
▲Yfirlit yfir orkugeymslurafhlöður
▲Vinnureglur og samsetning rafgeyma rafgeyma
▲Árangursvísar og tengd hugtök rafgeyma rafgeyma
Orka er grundvallarafl sem knýr heiminn áfram og kjarnaauðlind sem mannlegt samfélag er háð fyrir þróun. Frá fyrstu notkun elds til raforku nútímans hefur þróun og nýting orku knúið áfram framfarir siðmenningar og mótað núverandi samfélagsgerð okkar.
Með stöðugum vexti alþjóðlegrar orkueftirspurnar og hraðri þróun endurnýjanlegrar orku, hefur orkugeymsla rafhlöðutækni komið fram og orðið mikilvæg stoð orkugeirans. Orkugeymslurafhlöður geta í raun geymt óreglubundna orkugjafa eins og vind- og sólarorku og sleppt þeim á hámarkseftirspurnartímabilum, sem tryggir stöðugleika aflgjafa. Þessi tækni dregur ekki aðeins úr ósjálfstæði á hefðbundnu jarðefnaeldsneyti heldur veitir hún einnig mikilvægar tryggingar fyrir því að ná -kolefnislítið og sjálfbært orkukerfi.
Þróun orkugeymslurafhlöðutækni, allt frá hefðbundnum blý-sýrurafhlöðum til nútíma litíum-jónarafhlöðu, og síðan yfir í nýjar fast-rafhlöður og natríum-jónarafhlöður, er stöðugt að brjótast í gegnum tæknilega flöskuhálsa. Með því að bæta orkuþéttleika, lengja líftíma og auka öryggi hafa orkugeymslurafhlöður sýnt víðtæka notkunarmöguleika á sviðum eins og orkugeymslu heima, flutninga og netstjórnun. Það má segja að tækni rafgeymisins sé ekki aðeins lykillinn að núverandi umbreytingu orkuskipulags heldur einnig kjarninn í framtíðar snjallnetum og dreifðri orkukerfum.
Lithium-orkugeymslutækni fyrir rafhlöður
▲Uppbygging og vinnuregla litíum-jónarafhlöður
▲Lithium-rafhlöðu bakskautsefni
▲Lithium-rafhlöðu rafskautaefni
▲Hönnun og framleiðsla á litíum-jónarafhlöðum
Árið 1970 bjó MS Whittingham frá ExxonMobil til fyrstu litíum-jónarafhlöðuna. Hann notaði títantvísúlfíð og málmlitíum sem jákvæð og neikvæð rafskaut, í sömu röð. Við hleðslu og afhleðslu er litíum úr málmi stöðugt neytt og myndað við neikvæða rafskautið, en títantvísúlfíð setur stöðugt inn og dregur út litíumjónir við jákvæða rafskautið. Þessir tveir ferli eru afturkræf allan endingartíma rafhlöðunnar og mynda þannig auka litíum-jónarafhlöðu með spennu upp á 2V. Árið 1982 uppgötvuðu RR Agarwal og JR Selman frá Illinois Institute of Technology að litíumjónir hafa þann eiginleika að blandast saman í grafít, ferli sem er hratt og afturkræft{6} rafhlöður hafa verið{6} ferli rannsókna, þróunar og þróunar. Með yfirburða og þægilegri afköstum þeirra eru þeir sífellt að ryðja sér til rúms á ýmsum sviðum, allt frá 3C vörum eins og farsímum og spjaldtölvum til að knýja orkugeira eins og rafknúin farartæki og stór-orkugeymslusvið eins og ljósvökva og vindorku, sem hafa veruleg áhrif á félagslífið.
Hvað er rafhlaða?
▲ Rafhlöðuþróunarsaga
▲ Kynning á litíum-jónarafhlöðum
▲Eiginleikar litíum-jónarafhlöður
▲Lykilefni í litíum-jónarafhlöðum
Rafhlaða er tegund af aflgjafa. Aflgjafa er almennt skipt í eðlisfræðilega aflgjafa og efnaaflgjafa. Líkamlegir aflgjafar innihalda sólarorkuframleiðslutæki, hitaorkuframleiðslutæki, hitauppstreymi og vatnsaflsrafal osfrv .; en efnaaflgjafar vísa til orkuframleiðslutækja sem geta beint umbreytt efnaorku í raforku, það er efnarafhlöður í almennum skilningi, eða einfaldlega rafhlöður.
Rafhlöðukerfi hafa þróast í gegnum fjórar kynslóðir: blý-sýrurafhlöður, nikkel-kadmíum rafhlöður, nikkel-málmhýdríð rafhlöður og litíum-rafhlöður. Afköst rafhlöðunnar hafa stöðugt batnað og skilningur manna á rafhlöðukerfum hefur dýpkað. Eins og er, eru litíum-jónarafhlöður skilvirkasta og-orkuhagkvæmasta endurhlaðanlega rafhlöðukerfið, sem táknar hæsta stig rafhlöðurannsókna og tækni manna.
Rannsókna- og þróunarsaga litíumjárnfosfatefna
▲Þróunarsaga litíumjárnfosfatefna
▲ Einkaleyfisstaða litíumjárnfosfats
▲ Byggingar- og frammistöðurannsóknir á litíumjárnfosfatefnum
Litíumjárnfosfat (LiFeP, LFP, einnig þekkt sem litíumjárnfosfat eða litíumjárnfosfat) er bakskautsefni sem notað er í litíum-jónarafhlöður. Það einkennist af skorti á dýrmætum frumefnum eins og kóbalti og nikkel, lágu hráefnisverði og miklu magni fosfórs, litíums og járnaauðlinda í jarðskorpunni, sem getur mætt eftirspurn á markaði sem er yfir eina milljón tonna á ári. Sem bakskautsefni hefur litíumjárnfosfat miðlungs rekstrarspennu (3,2V), mikla sértæka afkastagetu (170mA·h/g), mikið afhleðsluafl, hraðhleðslugetu, langan líftíma og góðan stöðugleika við háan hita og háan hita.
Framleiðslubúnaður sem notaður er við framleiðslu á litíumjárnfosfatefnum
▲ Kröfur framleiðslubúnaðar:;Blöndunarbúnaður;Þurrkunarbúnaður;Sintrunarbúnaður,;Mölunarbúnaður; Skimunarbúnaður; Köfnunarefnisrafall; Pökkunarbúnaður.
Þegar litíumjárnfosfat (LFP) bakskautsefni eru notuð í litíum-jónarafhlöðuframleiðslu eru kröfurnar um hreinleika, fasa og óhreinindi afar strangar. Til dæmis, þegar oxunarstig tvígilds járns í LFP nær 1%, getur sértæka getu minnkað um meira en 30%. Þetta er vegna þess að nýmyndað þrígilda járnið hjúpar yfirborð LFP og myndar hvarfgjarnt lag sem kemur í veg fyrir frekari innri viðbrögð. Ef LFP hefur þegar verið oxað, geta síðari afoxunaraðferðir ekki skilað LFP vegna þess að litíumjónirnar í hráefninu hafa þegar tapast.
Framleiðsla á litíumjárnfosfatefnum með járnoxalataðferð
▲Synthesis meginreglan
▲ Helstu tilbúið hráefni
▲Smíði ferli
▲Árangur gerviefna
Ferlið við að búa til litíumjárnfosfat með því að nota járnoxalat sem hráefni er kallað járnoxalataðferðin (eða einfaldlega járnoxalataðferðin). Eins og er er járnoxalataðferðin mest notaða ferlið og aðferðin í Kína, þar sem meira en helmingur innlendra framleiðenda notar það. Helstu kostir þess eru lágur hráefniskostnaður, einfalt ferli og auðveld stjórn á innihaldshlutföllum.
Undirbúningur litíumjárnfosfatefna með kolvetnislækkun
▲Synthesis meginreglan
▲ Helstu tilbúið hráefni
▲Smíði ferli
▲Árangur gerviefna
Meðal framleiðenda sem framleiða litíum járnfosfat (LiFePO4) efni er kolvetnisminnkunaraðferðin sem stendur næst mest notaða tæknin á eftir járnoxalataðferðinni. Aðalhráefni þess er járnjárn (Fe2PO4), þar á meðal járnfosfat (Fe2PO4) og járnoxíð (Fe2O3). Við hvarfið minnka kolefni (C) og kolmónoxíð (C2O3) járnjárn (Fe2PO4) í járnjárn (Fe2+), sem fer síðan inn í kristalgrindurnar og myndar kristalbyggingu litíumjárnfosfats (LiFePO4).
Kosturinn við kolvetnisminnkunaraðferðina er að ekki þarf að huga að oxun hráefna við vinnslu; Hægt er að nota ýmsar blöndunaraðferðir til að vinna hráefnin til að ná æskilegu dreifingarástandi. Aðeins á háhitastigi dregur kolefni úr járnjárni í járn og myndar litíumjárnfosfat, þess vegna er nafnið kolvetnisminnkunaraðferð. Aðferðin til að minnka kolvetni nær eins-lækkun, dregur úr gasframleiðslu og er gagnleg til að bæta uppskeru. Á sama tíma er nýmyndunarferlið einfalt og auðvelt að stjórna, sem leiðir til vaxandi fjölda fyrirtækja sem taka upp kolvetnisminnkunaraðferðina.
Vatnshitaframleiðsla litíumjárnfosfatefna
▲Synthesis meginreglan
▲ Helstu tilbúið hráefni
▲Smíði ferli
▲Árangur gerviefna
Vatnshitaaðferðin er tiltölulega háþróuð aðferð til að útbúa litíum járnfosfat bakskautsefni. Aðalferli þess notar yfirkritískt vatnshitakerfi, leysir upp járnsúlfat, litíumhýdroxíð og fosfórsýru í vatni, hitar lausnina í yfir 100 gráður í lokuðu umhverfi til að mynda háan-hita og háþrýstingsvatnslausn. Hvarfið fer fram með jónadreifingu og myndar litíum járnfosfat kristalagnir. Hreint litíumjárnfosfatefnið er síðan síað, þurrkað og kolefnis-húðað til að mynda litíumjárnfosfat/kolefnissamsetningu.
Hefðbundnar prófunar- og greiningaraðferðir fyrir litíumjárnfosfatefni
▲ Greining og prófunaraðferðir efnasamsetningar fyrir litíumjárnfosfatefni
▲ Prófunaraðferðir fyrir líkamlega eiginleika fyrir litíumjárnfosfatefni
▲ Rafefnafræðilegar frammistöðuprófunaraðferðir fyrir litíumjárnfosfatefni
▲ Mat á hagnýtri notkun litíumjárnfosfatefna
Fyrir litíum járnfosfat (LFP) efni eru prófun kjarnatækni, jafnvel mikilvægari en myndun ferlistýringar. Án nákvæmra og nákvæmra prófunargagna er ekki hægt að fá stöðugar ferliskilyrði og því er ekki hægt að framleiða hæfu LFP vörur sem uppfylla notkunarkröfur. Stífar prófanir á efnum eru nauðsynlegar í öllu framleiðsluferlinu, frá hráefnisöflun og nýmyndun til mats á fulluninni vöru. Þess vegna verður sérhver eining sem rannsakar og framleiðir LFP að leggja mikla áherslu á smíði prófunarkerfisins. Að nota háþróaðan prófunarbúnað, strangar prófunaraðferðir og vel-þjálfað prófunarfólk eru grundvallarskilyrði fyrir fyrirtæki til að halda stöðu sinni í greininni.
Greining á öðrum einkennandi eiginleikum litíumjárnfosfatefna
▲ Rafefnafræðileg frammistöðugreining á litíumjárnfosfatefnum
▲ Rafeindasmásjá formfræðigreining á litíumjárnfosfatefnum
▲Yfirborðsorka litíumjárnfosfatefna
▲ Mæling á járnleysni í litíum járnfosfatefnum
▲ Litrófseiginleikar litíumjárnfosfatefna
Í hagnýtri beitingu litíumjárnfosfatefna, auk venjubundinna frammistöðuprófana, er einnig nauðsynlegt að mæla tiltekna eiginleika til að veita viðmiðun fyrir mat á frammistöðu efnis og rafhlöðuframleiðslu. Með framþróun tækninnar er nú hægt að ákvarða nokkrar breytur sem áður var aðeins hægt að mæla með fullum frumum með einföldum aðferðum. Til dæmis er nú hægt að meta hringrásarframmistöðu litíumjárnfosfatefna, sérstaklega frammistöðu kolefnishringrásarinnar, með því að nota sérhannaðar myntfrumur, sem einfaldar mælingarferlið til muna.
Rafhlöðuframleiðslutækni sem notar litíumjárnfosfatefni
▲Hönnunarforskriftir fyrir litíum járnfosfat rafhlöðukerfi
▲Lítíum járn fosfat efni slurry undirbúning tækni
▲Húðun á litíumjárnfosfatlausn
▲ Velting á litíum járnfosfat rafskautum
▲Umbreyting og skipting
▲Önnur dæmi um rafhlöðuframleiðslu
Fyrir allar litíum-jónarafhlöður er upphafshönnunin aðalverkefnið. Hönnunarvinnan felur í sér að ákvarða framleiðsluferli litíum-jónarafhlöðunnar. Þar sem frammistaða rafhlöðunnar er aðallega ákvörðuð af rafskautunum, er rafskautshönnun kjarnaþáttur rafhlöðuframleiðsluferlisins. Þetta á einnig við um litíum járnfosfat rafhlöður.
Helstu notkunarsvæði litíum járnfosfat rafhlöður
▲ Notkun litíum járnfosfat rafhlöður í rafknúnum flutningstækjum
▲ Notkun litíum járnfosfat rafhlöður í orkugeymslu aflgjafa
▲ Notkun litíum járnfosfat rafhlöður í rafmagnsverkfæri
▲ Notkun litíum járnfosfat rafhlöður
Lithium iron phosphate (LFP) er bakskautsefni fyrir litíum-jónarafhlöður og mesti kostur þess er mikið öryggi. Það býr einnig yfir kostum sem litíummanganoxíð og nikkel-mangan-kóbalt þrír efni skortir, svo sem langan líftíma, lágan efniskostnað og mikið af hráefnisuppsprettum. LFP rafhlöður hafa stöðuga spennu, miðlungs rekstrarspennu, góða samhæfni við raflausnakerfi, eru ekki-eitraðar, hafa engin minnisáhrif og menga ekki umhverfið. Sérstakur orka þeirra getur náð 100–130 Wh/kg, sem er 0,3–5 sinnum meiri en af blý-sýrurafhlöðum og 1,5 sinnum meiri en hjá nikkel-málmhýdríð rafhlöðum. Í ljósi fjölmargra kosta þess er hún talin tilvalin rafhlaða fyrir rafbíla, vind- og sólarorkugeymslu og öruggar vararafhlöður til heimilisnotkunar.
Horfur fyrir önnur bakskautsefni fyrir litíum-jónarafhlöður
▲Liþíumvanadíumfosfat bakskautsefni -
▲ Lithium mangan fosfat bakskautsefni
▲Lítíum járn silíkat bakskautsefni
▲Lítíum járnborat bakskautsefni
▲Liþíum-rík lagskipt bakskautsefni
Tilkoma litíumjárnfosfats (LFP) efna lagði grunninn að efnisvísindum fyrir víðtæka notkun á stórum-litíum-jónarafhlöðum.
Eins og kunnugt er hefur öryggi litíum-jónarafhlaðna alltaf verið kjarna og mikilvægt atriði sem takmarkar þróun iðnaðarins. Jafnvel í þróuðum löndum með stöðuga efniseiginleika og háþróaðan vinnslubúnað er ekki hægt að tryggja að fullu öryggi litíum-rafhlöður. Miðað við núverandi tiltölulega lága litíum-jónarafhlöðuvinnslu í mínu landi hentar LFP vel-aðstæðum í landinu mínu, sem bætir rafhlöðuöryggi verulega.