عيوب بطارية ليثيوم فوسفات الحديد

إذا كانت المادة لديها إمكانات لتطوير التطبيق ، بالإضافة إلى التركيز على مزاياها ، فهي أكثر أهمية فيما إذا كانت المادة بها عيوب أساسية.

يستخدم ليثيوم فوسفات الحديد على نطاق واسع كمادة إلكترود إيجابي لبطاريات ليثيوم أيون الطاقة في الصين. محللو السوق مثل الحكومة ومؤسسات البحث العلمي والشركات وحتى شركات الأوراق المالية متفائلون بشأن هذه المادة كإتجاه تطوير لبطاريات ليثيوم أيون الطاقة. تحليل الأسباب ، لديها أساسا النقطتين التاليتين: أولا ، تأثير اتجاه البحث والتطوير في الولايات المتحدة ، استخدمت شركة الولايات المتحدة Valence و A123 لأول مرة فوسفات حديد الليثيوم كمادة الكاثود لبطاريات ليثيوم أيون. ثانياً ، لم يكن هناك أي إعداد لمواد مانجانات الليثيوم ذات دورة تخزين عالية ودرجة حرارة جيدة لاستخدامها في بطاريات ليثيوم أيون من نوع الطاقة. ومع ذلك ، فوسفات حديد الليثيوم له أيضًا عيوب أساسية لا يمكن تجاهلها. يتعلق الأمر بالنقاط التالية:

1. أثناء عملية التلبيد في تحضير فوسفات حديد الليثيوم ، من المحتمل أن يتم تخفيض أكسيد الحديد إلى الحديد الأولي في جو منخفض الحرارة. يمكن أن يتسبب الحديد الأولي في ماس كهربائى للبطارية ، وهو أكثر المواد المحظورة في البطارية. هذا هو أيضًا السبب الرئيسي وراء عدم استخدام اليابان لهذه المواد كمادة إلكترود موجبة لبطارية ليثيوم أيون.

2. هناك بعض عيوب الأداء في فوسفات حديد الليثيوم ، مثل كثافة الصنبور المنخفضة وكثافة الضغط ، مما يؤدي إلى انخفاض كثافة الطاقة في بطاريات ليثيوم أيون. أداء درجات الحرارة المنخفضة رديء ، حتى إذا كان الحجم نانو والكربون ، فإنه لا يحل هذه المشكلة. تحدث الدكتور دون هيلبراند ، مدير مركز أنظمة تخزين الطاقة في مختبر أرجون الوطني ، عن أداء درجات الحرارة المنخفضة لبطاريات ليثيوم فوسفات الحديد. اعتاد فظيع لوصف نتائج اختبار بطارية ليثيوم فوسفات الحديد التي تشير إلى أن بطارية ليثيوم فوسفات الحديد في درجة حرارة منخفضة. (أقل من 0 درجة مئوية) لا يمكن قيادة سيارة كهربائية. على الرغم من أن بعض الشركات المصنعة تدعي أن بطارية ليثيوم فوسفات الحديد لديها معدل استبقاء جيد في درجات حرارة منخفضة ، إلا أنها في حالة وجود تيار تفريغ صغير وفولطية منخفضة التفريغ. في هذه الحالة ، لا يمكن للجهاز ببساطة بدء العمل.

3. تكلفة إعداد المواد وتكلفة تصنيع البطارية مرتفعة ، إنتاجية البطارية منخفضة ، والاتساق ضعيف. ويؤدي التبلور النانوي وطلاء الكربون من فوسفات حديد الليثيوم ، مع تحسين الأداء الكهروكيميائي للمادة ، إلى حدوث مشكلات أخرى مثل انخفاض كثافة الطاقة وزيادة تكلفة التوليف وضعف أداء معالجة الإلكترود ومشاكل تتطلب البيئة. على الرغم من أن العناصر الكيميائية Li و Fe و P في فوسفات حديد الليثيوم وفيرة وتكلفة منخفضة ، فإن تكلفة منتج فوسفات حديد الليثيوم المُعد ليست منخفضة ، حتى إذا تمت إزالة تكلفة البحث والتطوير السابقة ، فإن تكلفة العملية لـ المواد أعلى. تكلفة إعداد البطارية ستجعل تكلفة الوحدة النهائية للطاقة المخزنة أعلى.

4. ضعف الاتساق المنتج. في الوقت الحالي ، لا يوجد مصنع محلي لمواد فوسفات الليثيوم والحديد يمكنه حل هذه المشكلة. من وجهة نظر إعداد المواد ، فإن التفاعل التوليفي لفوسفات حديد الليثيوم هو تفاعل غير متجانس معقد ، يحتوي على فوسفات الطور الصلب ، وأكسيد الحديد وملح الليثيوم ، وسلائف كربون وطور غاز مخفض. في عملية التفاعل المعقدة هذه ، من الصعب ضمان اتساق التفاعل.

5. قضايا الملكية الفكرية. في الوقت الحاضر ، تمتلك جامعة تكساس براءة الاختراع الأساسية لفوسفات حديد الليثيوم ، ويتم تطبيق براءة الاختراع من قبل الكنديين. لا يمكن التحايل على هاتين البراءات الأساسيتين. إذا تم حساب تكلفة البراءة ، فسيتم زيادة تكلفة المنتج.

بالإضافة إلى ذلك ، من تجربة البحث والتطوير وإنتاج بطاريات الليثيوم أيون ، تعد اليابان أول بلد تجاري لبطاريات الليثيوم أيون ، وقد احتلت دائمًا سوق بطاريات الليثيوم أيون المتطور. على الرغم من أن الولايات المتحدة تقود في بعض الأبحاث الأساسية ، إلا أنه لا يوجد حتى الآن مُصنع لبطاريات الليثيوم أيون واسعة النطاق. لذلك ، اختارت اليابان مانجانات الليثيوم المعدلة كمادة إلكترود موجبة لبطاريات ليثيوم أيون الطاقة. حتى في الولايات المتحدة ، يتم استخدام فوسفات حديد الليثيوم ومانجانات الليثيوم كمواد الكاثود لبطاريات الليثيوم أيون المستندة إلى الطاقة ، كما تدعم الحكومة الفيدرالية تطوير هذين النظامين. في ضوء المشاكل المذكورة أعلاه من فوسفات الحديد الليثيوم ، من الصعب أن تستخدم على نطاق واسع كمادة القطب الكهربائي الإيجابي لبطارية ليثيوم أيون الطاقة في مجالات مثل مركبات الطاقة الجديدة. إذا تمكنت من حل مشكلة دورة الحرارة المرتفعة وضعف أداء تخزين مانجانات الليثيوم ، مع مزاياها ذات التكلفة المنخفضة والأداء العالي ، فستكون لها إمكانات كبيرة في تطبيق بطاريات الليثيوم أيون.