Hvat er LiFePO4 í litiumbattaríum??
Inngangur til Litiumjarnfosfattilfar
Lithiumjarnfosfat (molekylar formula LiFePO ₄, litiumjarnfosfat, LFP, eisini nevnt litiumjarnfosfat ella jarnlitiumfosfat) er eitt katodutilfar, sum verður nýtt í litium{0}}onbattaríum. Eyðkennini hjá henni eru, at tað ikki inniheldur dýrabar evni sum kobolt ella nikkel, rávøruprísurin er lágur; og kol, litium og jarn eru nógv í jarðarskorpuni, sum kann nøkta marknaðartørvin á meira enn eina millión tons um árið. Sum katodutilfar hevur litiumjarnfosfat eina hóvliga arbeiðsspenning (3,2 V), høgur serligur kapasitetur (170 mA·h/g), høg útløðingarkraft, skjót løðiførleiki og langur súkklulív, við góðum stabiliteti í høgum{5}}terature og høgum-hita umhvørvum.
Litiumjarnfosfatkrystallurin hoyrir til eitt slag av olivinbygnaði. Í mineralogi er hon útnevnd til tríhylit, sum stavar frá grikska orðinum røtur tri og llylon. Í malmi kann liturin vera gráur, reyðligur{{2} brúnur gráur, brúnur ella svartur, meðan veruligar vørur eru svartar ella gráar-svartar. Ávís natúrlig mineraltilfar innihalda litiumjarnfosfat, men karakterurin er lágur og røkkur ikki støðinum av ítøkiligum umseting. Lithiumjarnfosfat hoyrir til samsetta fosfatflokkin, og almenni evnafrøðiligi formulurin skal vera LiMPO₄, har M kann vera eitthvørt divalent metal, eitt nú Fe, Co, Mn, Ti, osfr. katodutilfar. Men fyri evni við olivinbygnaðinum er litiumjarnfosfat ikki tað einasta, sum kann brúkast sum katodutilfar í litium{{8}on-battaríum. Sambært verandi vitan eru eisini LiMnPO ur, LiMnFePO EM, LiVPO EM, LiCoPO , og nógv annað tilfar.
Upprunin til litiumjarnfosfattilfar kann sporast aftur til 1996, tá telefelagið NTT í Japan fyrst fann útav, at AMPO₄ (A er eitt alkalimetal, M er Co ella Fe) við olivinstrukturi, í samansetingini av LiFeCoPO₄, kann brúkast sum eitt litium-on-katodutilfar. Síðani varð tað funnið av Goodenough granskingarbólkinum á Massachusetts Institute of Tøkni í USA, meðan hann kannaði karmevni, at litiumjarnfosfattilfar hevur tann afturvendandi eginleikan hjá litium{{3}on (Li⁺) interkalering og avnøgd. Tann 23. apríl 1997 legði Universitetið í Texas á Austin eitt patent við heitinum "Kappingartilfar til løðandi litium sekundær battarí" (WO1997010541), og tað er byrjanin til patentmonopolið á litiumjarnfosfattilfari.
Samtíðarútgávan av olivin-, struktureraðum fosfati (LiMPO₄) katodutilfar hjá USA og Japan vakti stóran ans, elvdi til umfatandi gransking og skjótt framdi ídnaðargerðargongdina. Samanborið við siðbundið litium-on sekundært battarí katodutilfar{{3}spinel- strukturerað litiummangan oxid (LiMn₂O₄) og lagt{5}} strukturerað litiumkoboltoxid (LiCoO₂)-LiMPO₄ hevur meira tøka og bíligari rávørur uttan umhvørvisliga dálking. Serliga hevur trygdin verið nógv betrað, og hevur vakt stóran áhuga frá granskarum og ídnaði.
Sambært granskingarúrslitum seinastu árini eigur litiumjarnfosfattilfar ein væl-krystalliseraðan olivinbygnað, og litium{1}}ion-diffusiónsrásirnar eru ymiskar frá teimum hjá siðbundnum katodutilfari. Siðbundnar katodutilfar hevur lagt ella spinelstrukturar, sum gera, at litiumjonir kunnu flyta seg skjótt millum løg ella í størri rásum, og harvið geva tilfarinum við góðum útlátsavriki. Harímóti eru litium-ion-diffusiónsrásirnar í litiumjarnfosfattilfari eitt-dimensionellar, sum merkir, at innan fyri krystallin er bert ein "tunel" fyri litium{{6}on-diffusión, so litium-on flytingartíðin er lutfalsliga sein og diffusiónsfjarstøðan er stutt. Serliga undir høgum{9}}te útløðingarviðurskiftum, kunnu innaru litiumjonir ikki flyta út í tíð, og tað førir við sær munandi elektrokemiska polarisering.
Battarí kunnu framleiðast við at brúka reint litiumjarnfosfattilfar til at staðfesta omanfyristandandi niðurstøður. Royndir hava víst, at kapasitetsnýtslan av reinum litiumjarnfosfattilfari er sera lág, og battaríið upplivir skjóta kapasitetsniðurbróting undir súkkluni. Mynd 2.1 vísir súkkluvirknið hjá einum litium-on myntkyknu, sum høvundurin ger við at brúka hydrotermiskt syntetiserað reint litiumjarnfosfat (uttan koltvísýring). Tað sæst, at eftir umleið 15 løðingar–útløðingarringrásir er battaríkapasiteturin niðurbrótaður við meira enn 20%. Tí er reint litiumjarnfosfattilfar ikki hóskandi til litium{{8}on battarískipanir.
Í 2000 var Hydro-Québec (H-Q), sum er landsneyðin í Kanada, tann fyrsti, sum fíla inn á klædningslitiumjarnfosfat við leiðandi tilfari, herundir nýtslu av koltvísýringi á litiumjarnfosfattilfari. Hetta gjørdi, at litiumjarnfosfat fekk høgan serligan kapasitet og víðkaði um súkklulívið til meira enn 2000 ringrásir. Hetta var byrjanin til ídnaðargerðina av litiumjarnfosfati sum katodutilfar.
