Со континуираното прилагодување на глобалната енергетска структура и брзиот развој на обновливите извори на енергија,складирање на енергијатехнологијата постепено станува важна поддршка за енергетската трансформација и поттикнување на идниот економски развој.
Вовед во технологија на батерии за складирање енергија
▲Конверзија, складирање и искористување на енергијата
▲Класификација и примена на технологии за складирање енергија
▲Преглед на батерии за складирање енергија
▲Принцип на работа и состав на батериите за складирање на енергија
▲Индикатори за изведба и поврзана терминологија на батерии за складирање енергија
Енергијата е основната сила што го движи светот и основен ресурс од кој зависи човечкото општество за развој. Од првичната употреба на огнот до денешната електрична енергија, развојот и искористувањето на енергијата го поттикна напредокот на цивилизацијата и ја обликува нашата сегашна општествена структура.
Со континуираниот раст на глобалната побарувачка за енергија и брзиот развој на обновливите извори на енергија, технологијата на батерии за складирање енергија се појави и стана клучен столб на енергетскиот сектор. Батериите за складирање енергија можат ефикасно да складираат наизменични извори на енергија како што се енергијата од ветер и сончева енергија и да ги ослободуваат за време на периодите на најголема побарувачка, обезбедувајќи стабилност на напојувањето. Оваа технологија не само што ја намалува зависноста од традиционалните фосилни горива, туку обезбедува и важни гаранции за постигнување системи со ниска-јаглеродна и одржлива енергија.
Развојот на технологијата на батерии за складирање енергија, од традиционалните оловни-киселински батерии до модерните литиум-јонски батерии, а потоа до појавата на цврсти-батерии и натриум-јонски батерии, постојано ги пробива технолошките тесни грла. Со подобрување на густината на енергијата, продолжување на животниот век и подобрување на безбедноста, батериите за складирање енергија покажаа широки изгледи за примена во области како што се складирање на енергија во домот, транспорт и регулација на мрежата. Може да се каже дека технологијата на батерии за складирање енергија не е само клучна за сегашната трансформација на енергетската структура, туку и јадрото на идните паметни мрежи и дистрибуирани енергетски системи.
Технологија за складирање на енергија од батерии базирана на литиум-
▲Структура и принцип на работа на литиум-јонските батерии
▲Катодни материјали за литиум-јонска батерија
▲Материјали од анодна литиум-јонска батерија
▲Електролит на литиум{0}}јонска батерија
▲Дизајн и производство на литиум-јонски батерии
Во 1970 година, MS Whittingham од ExxonMobil ја создаде првата литиум{3}}јонска батерија. Тој користел титаниум дисулфид и метален литиум како позитивна и негативна електрода, соодветно. За време на полнењето и празнењето, металниот литиум континуирано се троши и генерира на негативната електрода, додека титаниум дисулфидот континуирано вметнува и извлекува литиумски јони на позитивната електрода. Овие два процеси се реверзибилни во текот на целиот животен век на батеријата, со што се формира секундарна литиум-јонска батерија со напон од 2V. Во 1982 година, RR Агарвал и Џ.Р. литиум{16}}јонските батерии поминаа низ процес на истражување, развој и еволуција. Со нивните супериорни и удобни перформанси, тие сè повеќе навлегуваат во различни полиња, од производи со 3C, како мобилни телефони и таблети до енергетски сектори, како што се електрични возила и полиња за складирање{19}од големи размери, како фотоволтаици и енергија од ветер, што значително влијае на општествениот живот.
Што е батерија?
▲Историја на развој на батерии
▲Вовед во литиум{0}}јонски батерии
▲ Карактеристики на литиум-јонските батерии
▲Клучни материјали во литиум{0}}јонски батерии
Батеријата е еден вид извор на енергија. Изворите на енергија генерално се поделени на физички извори на енергија и хемиски извори на енергија. Физичките извори на енергија вклучуваат уреди за производство на соларна енергија, уреди за производство на термоелектрична енергија, термални и хидроелектрични генератори итн.; додека хемиските извори на енергија се однесуваат на уреди за производство на енергија кои директно можат да ја претворат хемиската енергија во електрична енергија, односно хемиски батерии во општа смисла или едноставно батерии.
Системите на батерии еволуирале низ четири генерации: оловни-киселински батерии, никел-кадмиумски батерии, никел-металхидридни батерии и литиум-јонски батерии. Перформансите на батериите постојано се подобруваат, а човечкото разбирање за батериските системи се продлабочува. Во моментов, литиумските-јонски батерии се најефикасниот и енергетски-најефикасниот систем за полнење на батерии, што претставува највисоко ниво на истражување и технологија за човечки батерии.
Истражување и развој Историја на литиум железо фосфат материјали
▲Историја на развој на материјалите од литиум железо фосфат
▲Патентната ситуација на литиум железо фосфат
▲ Структурни и перформанси студии на материјали од литиум железо фосфат
Литиум железо фосфат (LiFeP, LFP, исто така познат како литиум железо фосфат или литиум железо фосфат) е катоден материјал што се користи во литиум-јонски батерии. Се карактеризира со отсуство на скапоцени елементи како што се кобалт и никел, ниски цени на суровините и изобилство на ресурси на фосфор, литиум и железо во Земјината кора, што може да ја задоволи побарувачката на пазарот која надминува еден милион тони годишно. Како катоден материјал, литиум железен фосфат има умерен работен напон (3,2V), висок специфичен капацитет (170mA·h/g), висока моќност на празнење, способност за брзо полнење, долг животен циклус и добра стабилност при високи температури и висока топлина средини.
Опрема за производство што се користи за производство на материјали од литиум железо фосфат
▲Барања за опрема за производство:;Опрема за мешање;Опрема за сушење;Опрема за синтерување;Опрема за дробење; Опрема за скрининг; Генератор на азот; Опрема за пакување.
Кога се користат катодни материјали од литиум железо фосфат (LFP) во производството на литиум-јонски батерии, барањата за нивната чистота, фаза и нечистотии се исклучително строги. На пример, кога степенот на оксидација на двовалентно железо во LFP достигне 1%, специфичниот капацитет може да се намали за повеќе од 30%. Тоа е затоа што новосоздаденото тривалентно железо ја обложува површината на LFP, формирајќи реактивен слој кој спречува понатамошни внатрешни реакции. Ако LFP веќе е оксидиран, последователните методи на редукција не можат да дадат LFP бидејќи јоните на литиум во суровината веќе се изгубени.
Подготовка на материјали од литиум железо фосфат со метод на железен оксалат
▲Принцип на синтеза
▲Главни синтетички суровини
▲Процес на синтеза
▲Изведба на синтетички материјали
Процесот на синтетизирање на литиум железо фосфат користејќи железен оксалат како суровина се нарекува метод на железен оксалат (или едноставно железен метод). Во моментов, методот на железен оксалат е најшироко користен процес и метод во Кина, при што повеќе од половина од домашните производители го користат. Неговите главни предности се ниските трошоци за суровини, едноставниот процес и лесната контрола на соодносот на состојките.
Подготовка на материјали од литиум железо фосфат со карботермална редукција
▲Принцип на синтеза
▲Главни синтетички суровини
▲Процес на синтеза
▲Изведба на синтетички материјали
Помеѓу производителите кои произведуваат материјали од литиум железо фосфат (LiFePO4), методот на карботермална редукција во моментов е втора најшироко користена технологија по методот на железен оксалат. Неговата главна суровина е железото (Fe2PO4), вклучувајќи железен фосфат (Fe2PO4) и железен оксид (Fe2O3). За време на реакцијата, јаглеродот (C) и јаглерод моноксидот (C2O3) го редуцираат железото (Fe2PO4) во црно железо (Fe2+), кое потоа влегува во кристалната решетка, формирајќи ја кристалната структура на литиум железо фосфат (LiFePO4).
Предноста на методот на карботермална редукција е тоа што не треба да се разгледува оксидацијата на суровините при обработката; може да се користат различни методи на мешање за обработка на суровините за да се постигне саканата дисперзивна состојба. Само во фазата на висока температура јаглеродот го редуцира желеното железо во црно железо, формирајќи литиум железо фосфат, па оттука и името метод на карботермална редукција. Методот на карботермална редукција постигнува еден-чекор намалување, го намалува излезот на гас и е корисен за подобрување на приносот. Во исто време, процесот на синтеза е едноставен и лесен за контролирање, што доведува до зголемување на бројот на компании кои го прифаќаат методот на редукција на јаглеродот.
Хидротермална подготовка на материјали од литиум железо фосфат
▲Принцип на синтеза
▲Главни синтетички суровини
▲Процес на синтеза
▲Изведба на синтетички материјали
Хидротермалниот метод е релативно напреден метод за подготовка на материјали од литиум железо фосфат катодни материјали. Нејзиниот главен процес користи суперкритичен хидротермален систем, растворајќи железен сулфат, литиум хидроксид и фосфорна киселина во вода, загревајќи го растворот на над 100 степени во затворена средина за да формира воден раствор со висока-температура и висок-притисок. Реакцијата продолжува преку јонска дифузија, генерирајќи честички од литиум железо фосфат кристал. Чистиот материјал од литиум железо фосфат потоа се филтрира, суши и јаглерод- се обложува за да се формира литиум железо фосфат/јаглерод композит.
Конвенционални методи за тестирање и анализа за материјали од литиум железо фосфат
▲Анализа на хемиски состав и методи на тестирање за материјали од литиум железо фосфат
▲Методи за тестирање на физичките својства за материјалите од литиум железо фосфат
▲ Методи за испитување на електрохемиски перформанси за материјали од литиум железо фосфат
▲Евалуација на практична примена на материјалите од литиум железо фосфат
За материјалите од литиум железо фосфат (LFP), тестирањето е основна технологија, дури и поважна од контролата на процесот на синтеза. Без прецизни и точни податоци за тестирање, не може да се добијат стабилни услови за процесот, а со тоа, не може да се произведуваат квалификувани LFP производи кои ги исполнуваат барањата за употреба. Ригорозното тестирање на материјалите е од суштинско значење во текот на целиот производствен процес, од набавка и синтеза на суровини до евалуација на готовиот производ. Затоа, секоја единица која истражува и произведува LFP мора да стави голем акцент на изградбата на својот систем за тестирање. Користењето софистицирана опрема за тестирање, ригорозните методи на тестирање и добро{4}}обучениот персонал за тестирање се основни услови за компанијата да ја задржи својата позиција во индустријата.
Анализа на други карактеристични својства на материјалите од литиум железо фосфат
▲Електрохемиска анализа на перформансите на материјалите од литиум железо фосфат
▲ Електронска микроскопска морфолошка анализа на материјали од литиум железо фосфат
▲Површинска енергија на материјалите од литиум железо фосфат
▲ Мерење на растворливост на железо во материјали од литиум железо фосфат
▲Спектроскопски карактеристики на материјалите од литиум железо фосфат
Во практичната примена на материјалите од литиум железо фосфат, покрај рутинските тестови за изведба, исто така е неопходно да се измерат некои специфични својства за да се обезбеди референца за евалуација на перформансите на материјалот и процесите на производство на батерии. Со напредокот на технологијата, некои параметри кои претходно можеа да се мерат само со полни ќелии, сега може да се утврдат со едноставни методи. На пример, перформансите на циклусот на материјалите од литиум железо фосфат, особено перформансите на циклусот на јаглерод, сега може да се проценат со помош на специјално дизајнирани ќелии за монети, што значително го поедноставува процесот на мерење.
Технологија на производство на батерии со употреба на материјали од литиум железо фосфат
▲Спецификации за дизајн на системот за батерии со литиум железо фосфат
▲Технологија за подготовка на кашеста маса на материјалот од литиум железо фосфат
▲ Облога на кашеста маса од литиум железо фосфат
▲Тркалање на електроди од литиум железо фосфат
▲Трансформација и поделба
▲Други примери за производство на батерии
За која било литиум-јонска батерија, првичниот дизајн е примарна задача. Дизајнерската работа вклучува одредување на процесот на производство на литиум-јонската батерија. Бидејќи перформансите на батеријата главно се одредуваат од електродите, дизајнот на електродата е основен аспект на процесот на производство на батерии. Ова важи и за батериите со литиум железо фосфат.
Главни области на примена на литиум железо фосфат батерии
▲Примени на литиум железо фосфат батерии во електрични транспортни уреди
▲Примени на литиум железо фосфат батерии во напојување за складирање енергија
▲ Примена на литиум железо фосфат батерии во електрични алати
▲ Примена на батерии со литиум железо фосфат
Литиум железо фосфат (LFP) е катоден материјал за литиум-јонски батерии, а неговата најголема предност е високата безбедност. Тој, исто така, има предности што му недостигаат на литиум манган оксид и никел-манган-кобалт тројни материјали, како што се долг век на траење, ниска цена на материјалот и изобилство на суровини. LFP батериите имаат стабилен напон, умерен работен напон, добра компатибилност со електролитните системи, не се-токсични, немаат мемориски ефект и не ја загадуваат околината. Нивната специфична енергија може да достигне 100-130 Wh/kg, што е 0,3-5 пати повеќе од оловните-киселински батерии и 1,5 пати од никел{13}}батериите од метал хидрид. Со оглед на неговите бројни предности, се смета за идеална батерија за електрични возила, складирање на енергија од ветер и сончева енергија и безбедни резервни батерии за домашна употреба.
Outlook за други катодни материјали за литиум-јонски батерии
▲ Катоден материјал од литиум ванадиум фосфат -
▲ Материјал за катодна литиум манган фосфат
▲ Материјал од силикатни катоди од литиум железо
▲ Катоден материјал од литиум железоборат
▲Литиум-богати со слоеви катодни материјали
Појавата на материјалите од литиум железо фосфат (LFP) ја постави основата на науката за материјали за широка примена на големи-литиум-јонски батерии.
Како што е познато, безбедноста на литиум-јонските батерии отсекогаш била суштинско и критично прашање што го ограничува развојот на индустријата. Дури и во развиените земји со стабилни својства на материјалот и софистицирана опрема за обработка, безбедноста на литиум-јонските батерии не може целосно да се гарантира. Со оглед на сегашното релативно ниско ниво на обработка на литиум-јонска батерија во мојата земја, LFP е добро-прилагоден на националните услови на мојата земја, што значително ја подобрува безбедноста на батеријата.