Pamoja na marekebisho endelevu ya muundo wa nishati duniani na maendeleo ya haraka ya nishati mbadala,hifadhi ya nishatiteknolojia polepole inakuwa msaada muhimu kwa mabadiliko ya nishati na kuendesha maendeleo ya kiuchumi ya siku zijazo.
Utangulizi wa Teknolojia ya Betri ya Kuhifadhi Nishati
▲Ubadilishaji wa nishati, uhifadhi na matumizi
▲Uainishaji na Utumiaji wa Teknolojia ya Uhifadhi wa Nishati
▲Muhtasari wa Betri za Kuhifadhi Nishati
▲Kanuni ya kazi na muundo wa betri za kuhifadhi nishati
▲Viashiria vya utendaji na istilahi zinazohusiana za betri za kuhifadhi nishati
Nishati ndio nguvu kuu inayoongoza ulimwengu na rasilimali kuu ambayo jamii ya wanadamu inategemea kwa maendeleo. Kuanzia matumizi ya awali ya moto hadi umeme wa leo, ukuzaji na utumiaji wa nishati umechochea maendeleo ya ustaarabu na kuunda muundo wetu wa sasa wa kijamii.
Pamoja na ukuaji endelevu wa mahitaji ya nishati duniani na maendeleo ya haraka ya nishati mbadala, teknolojia ya betri ya kuhifadhi nishati imeibuka na kuwa nguzo muhimu ya sekta ya nishati. Betri za hifadhi ya nishati zinaweza kuhifadhi vyema vyanzo vya nishati vya vipindi kama vile nishati ya upepo na jua na kuzitoa wakati wa mahitaji ya juu zaidi, na hivyo kuhakikisha uthabiti wa usambazaji wa nishati. Teknolojia hii sio tu inapunguza utegemezi kwa nishati asilia bali pia hutoa hakikisho muhimu kwa kufikia{2}kaa ya chini na mifumo ya nishati endelevu.
Ukuzaji wa teknolojia ya betri ya uhifadhi wa nishati, kutoka kwa betri za jadi-asidi hadi betri za kisasa za lithiamu-ioni, na kisha hadi betri dhabiti zinazoibuka-na betri-ioni za sodiamu, unapitia vikwazo vya kiteknolojia kila mara. Kwa kuboresha msongamano wa nishati, kuongeza muda wa kuishi, na kuimarisha usalama, betri za kuhifadhi nishati zimeonyesha matarajio mapana ya matumizi katika maeneo kama vile uhifadhi wa nishati ya nyumbani, usafirishaji na udhibiti wa gridi ya taifa. Inaweza kusemwa kuwa teknolojia ya betri ya uhifadhi wa nishati sio tu ufunguo wa mabadiliko ya muundo wa nishati ya sasa lakini pia msingi wa gridi mahiri za siku zijazo na mifumo ya nishati iliyosambazwa.
Lithium{0}teknolojia ya uhifadhi wa nishati ya betri inayotokana na betri
▲Muundo na kanuni ya kazi ya betri za lithiamu-ioni
▲Nyenzo za betri ya lithiamu-ioni
▲Nyenzo za anode ya betri ya -ioni ya lithiamu
▲Lithium{0}}elektroliti ya betri ya ion
▲Ubunifu na utengenezaji wa betri za lithiamu-ioni
Mnamo 1970, MS Whittingham wa ExxonMobil aliunda betri ya kwanza ya lithiamu{3}}ioni. Alitumia disulfidi ya titanium na lithiamu ya metali kama elektrodi chanya na hasi, mtawalia. Wakati wa kuchaji na kumwaga, lithiamu ya metali hutumiwa mara kwa mara na kuzalishwa kwenye elektrodi hasi, huku disulfidi ya titani ikiendelea kuingiza na kutoa ayoni za lithiamu kwenye elektrodi chanya. Michakato hii miwili inaweza kutenduliwa katika muda wote wa maisha ya betri, hivyo basi kutengeneza betri ya pili ya lithiamu-ioni yenye voltage ya 2V. Mnamo mwaka wa 1982, RR Agarwal na JR Selman wa Taasisi ya Teknolojia ya Illinois waligundua kwamba ioni za lithiamu zina sifa ya kuingiliana na kuwa grafiti, mchakato ambao ni wa haraka na unaoweza kutenduliwa...Tangu mchakato wa lithiamu uanze,{1} maendeleo, na mageuzi. Kwa utendakazi wao wa hali ya juu na rahisi, wanazidi kupenya nyanja mbalimbali, kutoka kwa bidhaa za 3C kama vile simu za mkononi na kompyuta za mkononi hadi sekta za nishati kama vile magari ya umeme na{19}sehemu kubwa za hifadhi ya nishati kama vile voltai na nishati ya upepo, na kuathiri kwa kiasi kikubwa maisha ya kijamii.
Betri ni nini?
▲Historia ya Utengenezaji wa Betri
▲Utangulizi wa Betri za Lithium-ioni
▲Vipengele vya betri za lithiamu-ioni
▲ Nyenzo muhimu katika betri za lithiamu-ioni
Betri ni aina ya chanzo cha nguvu. Vyanzo vya nguvu kwa ujumla vimegawanywa katika vyanzo vya nguvu vya kimwili na vyanzo vya nguvu za kemikali. Vyanzo vya nguvu za kimwili ni pamoja na vifaa vya kuzalisha umeme wa jua, vifaa vya kuzalisha umeme wa joto, jenereta za joto na za maji, nk; wakati vyanzo vya nguvu za kemikali vinarejelea vifaa vya kuzalisha nguvu ambavyo vinaweza kubadilisha moja kwa moja nishati ya kemikali kuwa nishati ya umeme, yaani, betri za kemikali kwa maana ya jumla, au betri tu.
Mifumo ya betri imebadilika kupitia vizazi vinne: betri za risasi-asidi, nikeli-betri za cadmium, nikeli-betri za hidridi za metali, na betri za lithiamu{3}}ioni. Utendaji wa betri umeendelea kuboreshwa, na uelewa wa binadamu wa mifumo ya betri umeongezeka. Kwa sasa, betri za lithiamu-ioni ndio mfumo bora na wa nishati-ufaafu zaidi wa kuchajiwa tena, unaowakilisha kiwango cha juu zaidi cha utafiti na teknolojia ya betri ya binadamu.
Historia ya Utafiti na Maendeleo ya Nyenzo za Lithium Iron Phosphate
▲ Historia ya maendeleo ya nyenzo za phosphate ya chuma ya lithiamu
▲Hali miliki ya fosfati ya chuma ya lithiamu
▲ Masomo ya kimuundo na utendaji wa vifaa vya phosphate ya chuma ya lithiamu
Fosfati ya chuma ya lithiamu (LiFeP, LFP, pia inajulikana kama fosfati ya chuma ya lithiamu au fosfati ya chuma ya lithiamu) ni nyenzo ya cathode inayotumiwa katika betri za lithiamu-ioni. Ni sifa ya kukosekana kwa vitu vya thamani kama vile kobalti na nikeli, bei ya chini ya malighafi, na wingi wa fosforasi, lithiamu na rasilimali za chuma kwenye ukoko wa Dunia, ambayo inaweza kukidhi mahitaji ya soko yanayozidi tani milioni moja kwa mwaka. Kama nyenzo ya cathode, fosfati ya chuma ya lithiamu ina voltage ya wastani ya uendeshaji (3.2V), uwezo maalum wa juu (170mA·h/g), nguvu ya juu ya kutokwa, uwezo wa kuchaji haraka, maisha ya mzunguko mrefu, na uthabiti mzuri chini ya halijoto ya juu na mazingira ya joto la juu.
Vifaa vya uzalishaji vinavyotumika katika utengenezaji wa vifaa vya phosphate ya chuma vya lithiamu
▲Mahitaji ya Vifaa vya Uzalishaji:;Vifaa vya Kuchanganya;Vifaa vya Kukaushia;Vifaa vya Kuchezea,;Vifaa vya Kusagwa; Vifaa vya Uchunguzi; Jenereta ya Nitrojeni; Vifaa vya Ufungaji.
Wakati nyenzo za cathode ya lithiamu iron phosphate (LFP) zinapotumika katika utengenezaji wa betri za lithiamu-ioni, mahitaji ya usafi, awamu na uchafu wake ni magumu sana. Kwa mfano, wakati kiwango cha oxidation cha chuma cha divalent katika LFP kinafikia 1%, uwezo maalum unaweza kupungua kwa zaidi ya 30%. Hii ni kwa sababu chuma kipya kinachozalishwa hivi karibuni hupaka uso wa LFP, na kutengeneza safu tendaji inayozuia athari zaidi za ndani. Ikiwa LFP tayari imeoksidishwa, mbinu za kupunguza zinazofuata haziwezi kutoa LFP kwa sababu ayoni za lithiamu katika malighafi tayari zimepotea.
Maandalizi ya vifaa vya phosphate ya chuma cha lithiamu kwa njia ya oxalate yenye feri
▲ Kanuni ya usanisi
▲Malighafi kuu ya sintetiki
▲Mchakato wa usanisi
▲Utendaji wa vifaa vya sintetiki
Mchakato wa kuunganisha fosfati ya chuma ya lithiamu kwa kutumia oxalate yenye feri kama malighafi inaitwa njia ya oxalate yenye feri (au njia ya feri). Hivi sasa, njia ya oxalate ya feri ndiyo mchakato na njia inayotumiwa zaidi nchini China, na zaidi ya nusu ya wazalishaji wa ndani wanaitumia. Faida zake kuu ni gharama ya chini ya malighafi, mchakato rahisi, na udhibiti rahisi wa uwiano wa viungo.
Maandalizi ya vifaa vya phosphate ya chuma vya lithiamu kwa kupunguzwa kwa carbothermal
▲ Kanuni ya usanisi
▲Malighafi kuu ya sintetiki
▲Mchakato wa usanisi
▲Utendaji wa vifaa vya sintetiki
Miongoni mwa wazalishaji wanaozalisha vifaa vya lithiamu iron phosphate (LiFePO4), njia ya kupunguza carbothermal kwa sasa ni teknolojia ya pili inayotumiwa sana baada ya njia ya oxalate ya feri. Malighafi yake kuu ni chuma cha feri (Fe2PO4), pamoja na fosfati ya chuma (Fe2PO4) na oksidi ya chuma (Fe2O3). Wakati wa majibu, kaboni (C) na monoksidi kaboni (C2O3) hupunguza chuma cha feri (Fe2PO4) hadi chuma cha feri (Fe2+), ambacho huingia kwenye kimiani cha fuwele, na kutengeneza muundo wa fuwele wa fosfati ya chuma ya lithiamu (LiFePO4).
Faida ya njia ya kupunguza carbothermal ni kwamba oxidation ya malighafi haina haja ya kuzingatiwa wakati wa usindikaji; mbinu mbalimbali za kuchanganya zinaweza kutumika kusindika malighafi ili kufikia hali inayotakiwa ya utawanyiko. Ni katika hatua ya joto la juu tu ambapo kaboni hupunguza chuma cha feri hadi chuma cha feri, na kutengeneza fosfati ya chuma ya lithiamu, kwa hivyo jina la njia ya kupunguza kabohasi. Mbinu ya kupunguza jotoardhi hufanikisha-kupunguza kwa hatua moja, inapunguza utoaji wa gesi, na ni ya manufaa kwa kuboresha mavuno. Wakati huo huo, mchakato wa awali ni rahisi na rahisi kudhibiti, na kusababisha kuongezeka kwa idadi ya makampuni kupitisha njia ya kupunguza carbothermal.
Maandalizi ya hidrothermal ya vifaa vya phosphate ya chuma vya lithiamu
▲ Kanuni ya usanisi
▲Malighafi kuu ya sintetiki
▲Mchakato wa usanisi
▲Utendaji wa vifaa vya sintetiki
Njia ya hydrothermal ni njia ya juu kiasi ya kuandaa vifaa vya cathode ya fosforasi ya lithiamu. Mchakato wake mkuu hutumia mfumo wa hidrothermal wa hali ya juu sana, kuyeyusha salfati yenye feri, hidroksidi ya lithiamu na asidi ya fosforasi majini, na kupasha joto myeyusho kwa zaidi ya digrii 100 katika mazingira yaliyofungwa ili kuunda-joto,{3}}mmumunyo wa juu wa shinikizo la maji. Mwitikio huendelea kupitia uenezaji wa ioni, na kutoa chembe za fuwele za fosforasi ya chuma ya lithiamu. Nyenzo safi ya fosfeti ya chuma ya lithiamu kisha huchujwa, kukaushwa na kupakwa kaboni-ili kutengeneza mchanganyiko wa fosfati ya chuma cha lithiamu/kaboni.
Mbinu za kawaida za upimaji na uchambuzi wa vifaa vya phosphate ya chuma ya lithiamu
▲Uchambuzi wa utungaji wa kemikali na mbinu za kupima nyenzo za fosfati ya chuma ya lithiamu
▲ Mbinu za kupima mali halisi kwa nyenzo za phosphate ya chuma cha lithiamu
▲ Mbinu za kupima utendakazi wa kielektroniki kwa nyenzo za fosfati ya chuma ya lithiamu
▲Tathmini ya Utumiaji Vitendo wa Nyenzo za Lithium Iron Phosphate
Kwa vifaa vya lithiamu chuma phosphate (LFP), kupima ni teknolojia ya msingi, hata muhimu zaidi kuliko udhibiti wa mchakato wa awali. Bila data sahihi na sahihi ya kupima, hali ya mchakato imara haiwezi kupatikana, na hivyo, bidhaa za LFP zinazostahili ambazo zinakidhi mahitaji ya matumizi haziwezi kuzalishwa. Upimaji wa kina wa nyenzo ni muhimu katika mchakato mzima wa uzalishaji, kutoka kwa ununuzi wa malighafi na usanisi hadi tathmini ya bidhaa iliyokamilika. Kwa hiyo, kitengo chochote kinachotafiti na kuzalisha LFP lazima kiweke mkazo mkubwa katika ujenzi wa mfumo wake wa kupima. Kuajiri vifaa vya kisasa vya kupima, mbinu dhabiti za majaribio na{4}}wafanyakazi waliofunzwa vyema ni masharti ya msingi kwa kampuni kudumisha nafasi yake katika sekta hii.
Uchambuzi wa mali zingine za tabia ya vifaa vya phosphate ya chuma vya lithiamu
▲ Uchambuzi wa utendaji wa kielektroniki wa nyenzo za fosfati ya chuma ya lithiamu
▲ Uchambuzi wa mofolojia ya hadubini ya elektroni ya nyenzo za fosfati ya chuma ya lithiamu
▲Nishati ya uso ya nyenzo za fosforasi ya chuma ya lithiamu
▲ Kipimo cha umumunyifu wa chuma katika nyenzo za phosphate ya chuma ya lithiamu
▲ Sifa za Spectroscopic za nyenzo za phosphate ya chuma ya lithiamu
Katika utumiaji wa vitendo wa nyenzo za fosforasi ya chuma cha lithiamu, pamoja na vipimo vya kawaida vya utendakazi, inahitajika pia kupima sifa fulani ili kutoa marejeleo ya tathmini ya utendaji wa nyenzo na michakato ya utengenezaji wa betri. Pamoja na maendeleo ya teknolojia, baadhi ya vigezo ambavyo vingeweza kupimwa hapo awali kwa kutumia seli kamili sasa vinaweza kuamuliwa kwa kutumia mbinu rahisi. Kwa mfano, utendakazi wa mzunguko wa nyenzo za fosfati ya chuma ya lithiamu, hasa utendakazi wa mzunguko wa kaboni, sasa unaweza kutathminiwa kwa kutumia seli za sarafu zilizoundwa mahususi, na kurahisisha sana mchakato wa kipimo.
Teknolojia ya utengenezaji wa betri kwa kutumia vifaa vya phosphate ya chuma vya lithiamu
▲ Vipimo vya muundo wa mfumo wa betri ya fosfati ya chuma ya lithiamu
▲Teknolojia ya maandalizi ya nyenzo za fosfati ya chuma ya lithiamu
▲Kupaka tope la fosforasi ya chuma ya lithiamu
▲ Uviringishaji wa elektrodi za fosforasi za chuma cha lithiamu
▲Mabadiliko na Mgawanyiko
▲ Mifano mingine ya utengenezaji wa betri
Kwa betri ya lithiamu{0}}ioni yoyote, muundo wa kwanza ndio kazi kuu. Kazi ya kubuni inahusisha kubainisha mchakato wa utengenezaji wa betri ya lithiamu-ioni. Kwa kuwa utendaji wa betri umedhamiriwa hasa na elektrodi, muundo wa elektrodi ni kipengele cha msingi cha mchakato wa utengenezaji wa betri. Hii pia ni kweli kwa betri za lithiamu chuma phosphate.
Sehemu kuu za matumizi ya betri za lithiamu chuma phosphate
▲Matumizi ya betri za phosphate ya chuma ya lithiamu katika vifaa vya usafiri vya umeme
▲Matumizi ya betri za phosphate ya chuma ya lithiamu katika usambazaji wa nishati ya kuhifadhi
▲Matumizi ya betri za phosphate ya chuma ya lithiamu katika zana za nguvu
▲Matumizi ya betri za phosphate ya chuma ya lithiamu
Lithium iron phosphate (LFP) ni nyenzo ya cathode kwa betri za lithiamu-ioni, na faida yake kuu ni usalama wake wa juu. Pia ina faida ambazo lithiamu manganese oksidi na nikeli-manganese-cobalt ternary haina nyenzo, kama vile maisha marefu ya mzunguko, gharama ya chini ya nyenzo na vyanzo vingi vya malighafi. Betri za LFP zina volteji thabiti, voltage ya wastani ya uendeshaji, uoanifu mzuri na mifumo ya elektroliti, hazina-sumu, hazina athari ya kumbukumbu, na hazichafui mazingira. Nishati yao mahususi inaweza kufikia 100–130 Wh/kg, ambayo ni mara 0.3–5 ya betri za risasi-asidi na mara 1.5 ya betri za nikeli{13}}za metali hidridi. Kwa kuzingatia faida zake nyingi, inachukuliwa kuwa betri bora kwa magari ya umeme, uhifadhi wa nishati ya upepo na jua, na betri salama za matumizi ya nyumbani.
Mtazamo wa Nyenzo Nyingine za Cathode kwa Betri za Ioni za Lithium-
▲ Nyenzo ya cathode ya lithiamu vanadium phosphate -
▲ Nyenzo ya cathode ya manganese ya phosphate ya lithiamu
▲ Nyenzo ya cathode ya silicate ya chuma cha lithiamu
▲ Nyenzo ya cathode ya chuma cha lithiamu
▲ Nyenzo za kathodi zenye safu nyingi za Lithium-
Kutokeza kwa nyenzo za lithiamu iron fosfati (LFP) kuliweka msingi wa sayansi ya utumizi ulioenea wa-betri za kiwango cha lithiamu{1}}ya ioni.
Kama inavyojulikana, usalama wa betri za lithiamu-ioni daima umekuwa suala la msingi na muhimu linalozuia maendeleo ya sekta hii. Hata katika nchi zilizoendelea zilizo na nyenzo thabiti na vifaa vya kisasa vya uchakataji, usalama wa betri za lithiamu-hauwezi kuhakikishwa kikamilifu. Kwa kuzingatia kiwango cha sasa cha chini kiasi cha uchakataji wa betri ya lithiamu-ioni katika nchi yangu, LFP inafaa-inafaa kwa hali ya kitaifa ya nchi yangu, na kuboresha usalama wa betri kwa kiasi kikubwa.