Wady baterii litowo-żelazowo-fosforanowej
Czy materiał ma potencjał do zastosowania i rozwoju, oprócz swoich zalet, kluczowe jest to, czy materiał ma fundamentalne wady.
Obecnie fosforan litowo-żelazowy jest szeroko wybierany jako materiał katodowy akumulatorów litowo-jonowych w Chinach.Analitycy rynku z rządów, instytucji naukowo-badawczych, przedsiębiorstw, a nawet spółek giełdowych są optymistami co do tego materiału i traktują go jako kierunek rozwoju akumulatorów litowo-jonowych.Zgodnie z analizą przyczyn istnieją głównie dwa następujące punkty: po pierwsze, ze względu na wpływ kierunku badań i rozwoju w Stanach Zjednoczonych, firmy Valence i A123 w Stanach Zjednoczonych po raz pierwszy zastosowały fosforan litowo-żelazowy jako materiał katodowy akumulatorów litowo-jonowych.Po drugie, w Chinach nie przygotowano materiałów z manganianem litu o dobrych parametrach cykli w wysokich temperaturach i przechowywaniu, które można wykorzystać do zasilania akumulatorów litowo-jonowych.Jednak fosforan litowo-żelazowy ma również podstawowe wady, których nie można zignorować, co można podsumować w następujący sposób:
1. W procesie spiekania preparatu fosforanu litowo-żelazowego możliwe jest, że tlenek żelaza można zredukować do prostego żelaza w atmosferze redukującej o wysokiej temperaturze.Żelazo, najbardziej zakazana substancja w bateriach, może powodować mikrozwarcie baterii.Jest to główny powód, dla którego Japonia nie używa tego materiału jako materiału katodowego akumulatorów litowo-jonowych.
2. Fosforan litowo-żelazowy ma pewne wady wydajności, takie jak niska gęstość ubijania i gęstość zagęszczania, co skutkuje niską gęstością energii akumulatora litowo-jonowego.Wydajność w niskich temperaturach jest słaba, nawet jeśli jest to nano – a powłoka węglowa nie rozwiązuje tego problemu.Kiedy dr Don Hillebrand, dyrektor Energy Storage System Center w Argonne National Laboratory, mówił o wydajności akumulatora litowo-żelazowo-fosforanowego w niskich temperaturach, opisał to jako okropne.Ich wyniki testów na akumulatorze litowo-żelazowo-fosforanowym wykazały, że akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy nie może napędzać pojazdów elektrycznych w niskiej temperaturze (poniżej 0 ℃).Chociaż niektórzy producenci twierdzą, że wskaźnik retencji pojemności akumulatora litowo-żelazowo-fosforanowego jest dobry w niskiej temperaturze, dzieje się tak pod warunkiem niskiego prądu rozładowania i niskiego napięcia odcięcia rozładowania.W takim przypadku sprzętu nie można w ogóle uruchomić.
3. Koszt przygotowania materiałów i koszt produkcji baterii są wysokie, wydajność baterii jest niska, a konsystencja słaba.Chociaż właściwości elektrochemiczne materiałów zostały poprawione przez nanokrystalizację i powlekanie węglem fosforanu litowo-żelazowego, pojawiły się również inne problemy, takie jak zmniejszenie gęstości energii, poprawa kosztów syntezy, słaba wydajność przetwarzania elektrody i trudne warunki środowiskowe wymagania.Chociaż pierwiastki chemiczne Li, Fe i P w fosforanie litowo-żelazowym są bardzo bogate, a koszt jest niski, koszt przygotowanego produktu z fosforanu litowo-żelazowego nie jest niski.Nawet po odjęciu początkowych kosztów badań i rozwoju, koszt procesu tego materiału plus wyższy koszt przygotowania baterii spowoduje, że ostateczny koszt jednostkowego magazynowania energii będzie wyższy.
4. Słaba konsystencja produktu.Obecnie żadna fabryka materiałów z fosforanu litowo-żelazowego w Chinach nie może rozwiązać tego problemu.Z punktu widzenia przygotowania materiału reakcja syntezy fosforanu litowo-żelazowego jest złożoną reakcją heterogeniczną, obejmującą stały fosforan, tlenek żelaza i sól litu, prekursor z dodatkiem węgla oraz redukującą fazę gazową.W tym złożonym procesie reakcji trudno jest zapewnić spójność reakcji.
5. Kwestie własności intelektualnej.Obecnie patent podstawowy fosforanu litowo-żelazowego jest własnością University of Texas w Stanach Zjednoczonych, natomiast patent powlekany węglem jest zgłoszony przez Kanadyjczyków.Tych dwóch podstawowych patentów nie da się ominąć.Jeżeli opłaty patentowe są wliczone w koszt, koszt produktu będzie jeszcze większy.
Ponadto, z doświadczenia w zakresie badań i rozwoju oraz produkcji akumulatorów litowo-jonowych, Japonia jest pierwszym krajem, który skomercjalizował akumulatory litowo-jonowe i zawsze zajmowała rynek wysokiej klasy akumulatorów litowo-jonowych.Chociaż Stany Zjednoczone przodują w niektórych badaniach podstawowych, jak dotąd nie ma dużego producenta baterii litowo-jonowych.Dlatego bardziej rozsądne jest, aby Japonia wybrała zmodyfikowany manganian litu jako materiał katodowy akumulatora litowo-jonowego typu zasilania.Nawet w Stanach Zjednoczonych połowa producentów używa fosforanu litowo-żelazowego i manganianu litu jako materiałów katodowych akumulatorów litowo-jonowych typu zasilania, a rząd federalny również wspiera badania i rozwój tych dwóch systemów.W świetle powyższych problemów fosforan litowo-żelazowy jest trudny do szerokiego zastosowania jako materiał katodowy akumulatorów litowo-jonowych w nowych pojazdach energetycznych i innych dziedzinach.Jeśli uda nam się rozwiązać problem słabej wydajności cykli w wysokich temperaturach i przechowywania manganianu litu, będzie on miał ogromny potencjał w zastosowaniu akumulatorów litowo-jonowych z zaletami niskiego kosztu i wysokiej wydajności.
Czas postu: 19 października 2022 r