वैश्विक ऊर्जा संरचना के निरंतर समायोजन और नवीकरणीय ऊर्जा के तेजी से विकास के साथ,ऊर्जा भंडारणप्रौद्योगिकी धीरे-धीरे ऊर्जा परिवर्तन और भविष्य के आर्थिक विकास को आगे बढ़ाने के लिए एक महत्वपूर्ण समर्थन बन रही है।
ऊर्जा भंडारण बैटरी प्रौद्योगिकी का परिचय
▲ऊर्जा रूपांतरण, भंडारण और उपयोग
▲ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों का वर्गीकरण और अनुप्रयोग
▲ऊर्जा भंडारण बैटरियों का अवलोकन
▲ऊर्जा भंडारण बैटरियों का कार्य सिद्धांत और संरचना
▲ऊर्जा भंडारण बैटरियों के प्रदर्शन संकेतक और संबंधित शब्दावली
ऊर्जा दुनिया को चलाने वाली मूलभूत शक्ति है और एक मुख्य संसाधन है जिस पर मानव समाज विकास के लिए निर्भर करता है। आग के प्रारंभिक उपयोग से लेकर आज की बिजली तक, ऊर्जा के विकास और उपयोग ने सभ्यता की प्रगति को गति दी है और हमारी वर्तमान सामाजिक संरचना को आकार दिया है।
वैश्विक ऊर्जा मांग में निरंतर वृद्धि और नवीकरणीय ऊर्जा के तेजी से विकास के साथ, ऊर्जा भंडारण बैटरी तकनीक उभरी है और ऊर्जा क्षेत्र का एक महत्वपूर्ण स्तंभ बन गई है। ऊर्जा भंडारण बैटरियां पवन और सौर ऊर्जा जैसे आंतरायिक ऊर्जा स्रोतों को प्रभावी ढंग से संग्रहीत कर सकती हैं और बिजली आपूर्ति की स्थिरता सुनिश्चित करते हुए उन्हें चरम मांग अवधि के दौरान जारी कर सकती हैं। यह तकनीक न केवल पारंपरिक जीवाश्म ईंधन पर निर्भरता कम करती है बल्कि कम कार्बन और टिकाऊ ऊर्जा प्रणालियों को प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण गारंटी भी प्रदान करती है।
ऊर्जा भंडारण बैटरी प्रौद्योगिकी का विकास, पारंपरिक सीसा एसिड बैटरी से लेकर आधुनिक लिथियम आयन बैटरी और फिर उभरती ठोस राज्य बैटरी और सोडियम आयन बैटरी तक, लगातार तकनीकी बाधाओं को तोड़ रहा है। ऊर्जा घनत्व में सुधार करके, जीवनकाल बढ़ाकर और सुरक्षा बढ़ाकर, ऊर्जा भंडारण बैटरियों ने घरेलू ऊर्जा भंडारण, परिवहन और ग्रिड विनियमन जैसे क्षेत्रों में व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं दिखाई हैं। यह कहा जा सकता है कि ऊर्जा भंडारण बैटरी तकनीक न केवल वर्तमान ऊर्जा संरचना परिवर्तन की कुंजी है, बल्कि भविष्य के स्मार्ट ग्रिड और वितरित ऊर्जा प्रणालियों का मूल भी है।
लिथियम-आधारित बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकी
▲लिथियम{{0}आयन बैटरियों की संरचना और कार्य सिद्धांत
▲लिथियम-आयन बैटरी कैथोड सामग्री
▲लिथियम-आयन बैटरी एनोड सामग्री
▲लिथियम-आयन बैटरी इलेक्ट्रोलाइट
▲लिथियम{{0}आयन बैटरियों का डिज़ाइन और निर्माण
1970 में, एक्सॉनमोबिल के एमएस व्हिटिंगम ने पहली लिथियम आयन बैटरी बनाई। उन्होंने क्रमशः सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में टाइटेनियम डाइसल्फ़ाइड और धात्विक लिथियम का उपयोग किया। चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान, धातु लिथियम लगातार नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर खपत और उत्पन्न होता है, जबकि टाइटेनियम डाइसल्फ़ाइड लगातार सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर लिथियम आयनों को सम्मिलित करता है और निकालता है। ये दोनों प्रक्रियाएँ बैटरी के पूरे जीवनकाल में प्रतिवर्ती होती हैं, इस प्रकार 2V के वोल्टेज के साथ एक द्वितीयक लिथियम आयन बैटरी बनती हैं। 1982 में, इलिनोइस इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के आरआर अग्रवाल और जेआर सेलमैन ने पाया कि लिथियम आयनों में ग्रेफाइट में अंतर्संबंधित होने की संपत्ति होती है, एक प्रक्रिया जो तीव्र और प्रतिवर्ती है... अपनी स्थापना के बाद से, लिथियम आयन बैटरी अनुसंधान, विकास और विकास की प्रक्रिया से गुजरी है। अपने बेहतर और सुविधाजनक प्रदर्शन के साथ, वे तेजी से विभिन्न क्षेत्रों में प्रवेश कर रहे हैं, मोबाइल फोन और टैबलेट जैसे 3सी उत्पादों से लेकर विद्युत ऊर्जा क्षेत्र जैसे इलेक्ट्रिक वाहन और बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण क्षेत्र जैसे फोटोवोल्टिक्स और पवन ऊर्जा तक, जो सामाजिक जीवन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल रहे हैं।
बैटरी क्या है?
▲बैटरी विकास इतिहास
▲लिथियम-आयन बैटरियों का परिचय
▲लिथियम{{0}आयन बैटरियों की विशेषताएं
▲लिथियम{{0}आयन बैटरियों में प्रमुख सामग्रियां
बैटरी एक प्रकार का शक्ति स्रोत है। ऊर्जा स्रोतों को आम तौर पर भौतिक ऊर्जा स्रोतों और रासायनिक ऊर्जा स्रोतों में विभाजित किया जाता है। भौतिक ऊर्जा स्रोतों में सौर ऊर्जा उत्पादन उपकरण, थर्मोइलेक्ट्रिक ऊर्जा उत्पादन उपकरण, थर्मल और जलविद्युत जनरेटर आदि शामिल हैं; जबकि रासायनिक ऊर्जा स्रोत बिजली उत्पादन उपकरणों को संदर्भित करते हैं जो रासायनिक ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित कर सकते हैं, यानी सामान्य अर्थ में रासायनिक बैटरी, या बस बैटरी।
बैटरी प्रणालियाँ चार पीढ़ियों के माध्यम से विकसित हुई हैं: सीसा {{0}एसिड बैटरी, निकल {{1}कैडमियम बैटरी, निकल {{2}धातु हाइड्राइड बैटरी, और लिथियम {{3}आयन बैटरी। बैटरी के प्रदर्शन में लगातार सुधार हुआ है, और बैटरी सिस्टम के बारे में मानवीय समझ गहरी हुई है। वर्तमान में, लिथियम आयन बैटरियां सबसे कुशल और ऊर्जा कुशल रिचार्जेबल बैटरी प्रणाली हैं, जो मानव बैटरी अनुसंधान और प्रौद्योगिकी के उच्चतम स्तर का प्रतिनिधित्व करती हैं।
लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री का अनुसंधान और विकास इतिहास
लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री का विकास इतिहास
▲लिथियम आयरन फॉस्फेट की पेटेंट स्थिति
▲लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री का संरचनात्मक और प्रदर्शन अध्ययन
लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFeP, LFP, जिसे लिथियम आयरन फॉस्फेट या लिथियम आयरन फॉस्फेट के रूप में भी जाना जाता है) एक कैथोड सामग्री है जिसका उपयोग लिथियम आयन बैटरी में किया जाता है। इसकी विशेषता कोबाल्ट और निकल जैसे कीमती तत्वों की अनुपस्थिति, कच्चे माल की कम कीमतें और पृथ्वी की पपड़ी में फॉस्फोरस, लिथियम और लौह संसाधनों की प्रचुरता है, जो प्रति वर्ष दस लाख टन से अधिक की बाजार मांग को पूरा कर सकती है। कैथोड सामग्री के रूप में, लिथियम आयरन फॉस्फेट में मध्यम ऑपरेटिंग वोल्टेज (3.2V), उच्च विशिष्ट क्षमता (170mA·h/g), उच्च डिस्चार्ज पावर, तेज चार्जिंग क्षमता, लंबा चक्र जीवन और उच्च तापमान और उच्च ताप वातावरण के तहत अच्छी स्थिरता होती है।
लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री के निर्माण में उपयोग किए जाने वाले उत्पादन उपकरण
▲उत्पादन उपकरण आवश्यकताएँ:;मिश्रण उपकरण;सुखाने के उपकरण;सिंटरिंग उपकरण;क्रशिंग उपकरण; स्क्रीनिंग उपकरण; नाइट्रोजन जेनरेटर; पैकेजिंग उपकरण।
जब लिथियम आयरन फॉस्फेट (एलएफपी) कैथोड सामग्री का उपयोग लिथियम आयन बैटरी निर्माण में किया जाता है, तो उनकी शुद्धता, चरण और अशुद्धियों की आवश्यकताएं बेहद कठोर होती हैं। उदाहरण के लिए, जब एलएफपी में डाइवैलेंट आयरन की ऑक्सीकरण डिग्री 1% तक पहुंच जाती है, तो विशिष्ट क्षमता 30% से अधिक घट सकती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि नव निर्मित त्रिसंयोजक लौह एलएफपी की सतह को कवर करता है, एक प्रतिक्रियाशील परत बनाता है जो आगे की आंतरिक प्रतिक्रियाओं को रोकता है। यदि एलएफपी पहले से ही ऑक्सीकृत हो चुका है, तो बाद की कटौती विधियों से एलएफपी नहीं मिल सकता है क्योंकि कच्चे माल में लिथियम आयन पहले ही नष्ट हो चुके हैं।
फेरस ऑक्सालेट विधि द्वारा लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री तैयार करना
▲संश्लेषण सिद्धांत
▲ मुख्य सिंथेटिक कच्चे माल
▲संश्लेषण प्रक्रिया
▲सिंथेटिक सामग्रियों का प्रदर्शन
कच्चे माल के रूप में फेरस ऑक्सालेट का उपयोग करके लिथियम आयरन फॉस्फेट को संश्लेषित करने की प्रक्रिया को फेरस ऑक्सालेट विधि (या बस फेरस विधि) कहा जाता है। वर्तमान में, फेरस ऑक्सालेट विधि चीन में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया और विधि है, आधे से अधिक घरेलू निर्माता इसका उपयोग करते हैं। इसके मुख्य लाभ कच्चे माल की कम लागत, सरल प्रक्रिया और घटक अनुपात का आसान नियंत्रण हैं।
कार्बोथर्मल कमी द्वारा लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री की तैयारी
▲संश्लेषण सिद्धांत
▲ मुख्य सिंथेटिक कच्चे माल
▲संश्लेषण प्रक्रिया
▲सिंथेटिक सामग्रियों का प्रदर्शन
लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO4) सामग्री का उत्पादन करने वाले निर्माताओं के बीच, कार्बोथर्मल कटौती विधि वर्तमान में फेरस ऑक्सालेट विधि के बाद दूसरी सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली तकनीक है। इसका मुख्य कच्चा माल फेरिक आयरन (Fe2PO4) है, जिसमें आयरन फॉस्फेट (Fe2PO4) और आयरन ऑक्साइड (Fe2O3) शामिल हैं। प्रतिक्रिया के दौरान, कार्बन (C) और कार्बन मोनोऑक्साइड (C2O3) फेरिक आयरन (Fe2PO4) को फेरस आयरन (Fe2+) में बदल देते हैं, जो फिर क्रिस्टल जाली में प्रवेश करता है, जिससे लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO4) की क्रिस्टल संरचना बनती है।
कार्बोथर्मल कटौती विधि का लाभ यह है कि प्रसंस्करण के दौरान कच्चे माल के ऑक्सीकरण पर विचार करने की आवश्यकता नहीं होती है; वांछित फैलाव स्थिति को प्राप्त करने के लिए कच्चे माल को संसाधित करने के लिए विभिन्न मिश्रण विधियों का उपयोग किया जा सकता है। केवल उच्च तापमान स्तर पर कार्बन फेरिक आयरन को फेरस आयरन में अपचयित करता है, जिससे लिथियम आयरन फॉस्फेट बनता है, इसलिए इसे कार्बोथर्मल कटौती विधि कहा जाता है। कार्बोथर्मल कटौती विधि एक चरण में कमी लाती है, गैस उत्पादन को कम करती है, और उपज में सुधार के लिए फायदेमंद है। साथ ही, संश्लेषण प्रक्रिया सरल और नियंत्रित करने में आसान है, जिससे कार्बोथर्मल कटौती विधि को अपनाने वाली कंपनियों की संख्या बढ़ रही है।
लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री की हाइड्रोथर्मल तैयारी
▲संश्लेषण सिद्धांत
▲ मुख्य सिंथेटिक कच्चे माल
▲संश्लेषण प्रक्रिया
▲सिंथेटिक सामग्रियों का प्रदर्शन
हाइड्रोथर्मल विधि लिथियम आयरन फॉस्फेट कैथोड सामग्री तैयार करने की एक अपेक्षाकृत उन्नत विधि है। इसकी मुख्य प्रक्रिया एक सुपरक्रिटिकल हाइड्रोथर्मल सिस्टम का उपयोग करती है, जो पानी में फेरस सल्फेट, लिथियम हाइड्रॉक्साइड और फॉस्फोरिक एसिड को घोलती है, उच्च {{2} तापमान, उच्च - दबाव वाला जलीय घोल बनाने के लिए एक सीलबंद वातावरण में घोल को 100 डिग्री से अधिक तक गर्म करती है। प्रतिक्रिया आयन प्रसार के माध्यम से आगे बढ़ती है, जिससे लिथियम आयरन फॉस्फेट क्रिस्टल कण उत्पन्न होते हैं। शुद्ध लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री को फिर फ़िल्टर किया जाता है, सुखाया जाता है, और लिथियम आयरन फॉस्फेट/कार्बन मिश्रित बनाने के लिए कार्बन लेपित किया जाता है।
लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री के लिए पारंपरिक परीक्षण और विश्लेषण विधियां
लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री के लिए रासायनिक संरचना विश्लेषण और परीक्षण विधियां
लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री के लिए भौतिक संपत्ति परीक्षण विधियां
▲लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री के लिए विद्युत रासायनिक प्रदर्शन परीक्षण विधियाँ
लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री के व्यावहारिक अनुप्रयोगों का मूल्यांकन
लिथियम आयरन फॉस्फेट (एलएफपी) सामग्री के लिए, परीक्षण एक मुख्य तकनीक है, जो संश्लेषण प्रक्रिया नियंत्रण से भी अधिक महत्वपूर्ण है। सटीक और सटीक परीक्षण डेटा के बिना, स्थिर प्रक्रिया की स्थिति प्राप्त नहीं की जा सकती है, और इस प्रकार, उपयोग आवश्यकताओं को पूरा करने वाले योग्य एलएफपी उत्पादों का उत्पादन नहीं किया जा सकता है। कच्चे माल की खरीद और संश्लेषण से लेकर तैयार उत्पाद के मूल्यांकन तक, संपूर्ण उत्पादन प्रक्रिया के दौरान सामग्रियों का कठोर परीक्षण आवश्यक है। इसलिए, एलएफपी पर शोध और उत्पादन करने वाली किसी भी इकाई को अपनी परीक्षण प्रणाली के निर्माण पर बहुत जोर देना चाहिए। किसी कंपनी के लिए उद्योग में अपनी स्थिति बनाए रखने के लिए परिष्कृत परीक्षण उपकरण, कठोर परीक्षण विधियां और अच्छी तरह से प्रशिक्षित परीक्षण कर्मियों को नियोजित करना मूलभूत शर्तें हैं।
लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री के अन्य विशिष्ट गुणों का विश्लेषण
लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री का विद्युत रासायनिक प्रदर्शन विश्लेषण
लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री का इलेक्ट्रॉन सूक्ष्म आकारिकी विश्लेषण
लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री की सतह ऊर्जा
लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री में लौह घुलनशीलता का मापन
लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री की स्पेक्ट्रोस्कोपिक विशेषताएं
लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्रियों के व्यावहारिक अनुप्रयोग में, नियमित प्रदर्शन परीक्षणों के अलावा, सामग्री प्रदर्शन मूल्यांकन और बैटरी निर्माण प्रक्रियाओं के लिए संदर्भ प्रदान करने के लिए कुछ विशिष्ट गुणों को मापना भी आवश्यक है। प्रौद्योगिकी की प्रगति के साथ, कुछ पैरामीटर जिन्हें पहले केवल पूर्ण कोशिकाओं का उपयोग करके मापा जा सकता था, अब सरल तरीकों का उपयोग करके निर्धारित किए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्रियों के चक्र प्रदर्शन, विशेष रूप से कार्बन चक्र प्रदर्शन, का मूल्यांकन अब विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए सिक्का कोशिकाओं का उपयोग करके किया जा सकता है, जो माप प्रक्रिया को बहुत सरल बनाता है।
लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री का उपयोग करके बैटरी निर्माण तकनीक
▲लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी सिस्टम डिजाइन विनिर्देश
लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री घोल तैयार करने की तकनीक
लिथियम आयरन फॉस्फेट घोल की कोटिंग
▲लिथियम आयरन फॉस्फेट इलेक्ट्रोड की रोलिंग
▲परिवर्तन और विभाजन
▲बैटरी निर्माण के अन्य उदाहरण
किसी भी लिथियम आयन बैटरी के लिए, प्रारंभिक डिज़ाइन प्राथमिक कार्य है। डिज़ाइन कार्य में लिथियम आयन बैटरी की निर्माण प्रक्रिया का निर्धारण शामिल है। चूंकि बैटरी का प्रदर्शन मुख्य रूप से इलेक्ट्रोड द्वारा निर्धारित होता है, इलेक्ट्रोड डिज़ाइन बैटरी निर्माण प्रक्रिया का एक मुख्य पहलू है। यह लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरियों के लिए भी सच है।
लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरियों के मुख्य अनुप्रयोग क्षेत्र
विद्युत परिवहन उपकरणों में लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरियों का अनुप्रयोग
ऊर्जा भंडारण बिजली आपूर्ति में लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी का अनुप्रयोग
बिजली उपकरणों में लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरियों का अनुप्रयोग
▲लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरियों का अनुप्रयोग
लिथियम आयरन फॉस्फेट (एलएफपी) लिथियम आयन बैटरियों के लिए कैथोड सामग्री है, और इसका सबसे बड़ा लाभ इसकी उच्च सुरक्षा है। इसमें ऐसे फायदे भी हैं जो लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड और निकल {{2} मैंगनीज {{3} कोबाल्ट टर्नरी सामग्री में नहीं होते हैं, जैसे लंबा चक्र जीवन, कम सामग्री लागत और प्रचुर मात्रा में कच्चे माल के स्रोत। एलएफपी बैटरियों में स्थिर वोल्टेज, मध्यम ऑपरेटिंग वोल्टेज, इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम के साथ अच्छी संगतता, गैर-विषाक्तता, कोई स्मृति प्रभाव नहीं है और पर्यावरण को प्रदूषित नहीं करती है। उनकी विशिष्ट ऊर्जा 100-130 Wh/kg तक पहुँच सकती है, जो कि लेड-एसिड बैटरियों की तुलना में 0.3-5 गुना और निकेल-मेटल हाइड्राइड बैटरियों की 1.5 गुना है। इसके कई फायदों को देखते हुए, इसे इलेक्ट्रिक वाहनों, पवन और सौर ऊर्जा भंडारण और घरेलू उपयोग के लिए सुरक्षित बैकअप बैटरी के लिए एक आदर्श बैटरी माना जाता है।
लिथियम आयन बैटरियों के लिए अन्य कैथोड सामग्री के लिए आउटलुक
▲लिथियम वैनेडियम फॉस्फेट कैथोड सामग्री -
लिथियम मैंगनीज फॉस्फेट कैथोड सामग्री
▲ लिथियम आयरन सिलिकेट कैथोड सामग्री
लिथियम आयरन बोरेट कैथोड सामग्री
▲लिथियम-समृद्ध स्तरित कैथोड सामग्री
लिथियम आयरन फॉस्फेट (एलएफपी) सामग्रियों के उद्भव ने बड़े पैमाने पर लिथियम आयन बैटरियों के व्यापक अनुप्रयोग के लिए भौतिक विज्ञान की नींव रखी।
जैसा कि सर्वविदित है, लिथियम आयन बैटरियों की सुरक्षा हमेशा से उद्योग के विकास को बाधित करने वाला एक मुख्य और महत्वपूर्ण मुद्दा रहा है। यहां तक कि स्थिर भौतिक गुणों और परिष्कृत प्रसंस्करण उपकरणों वाले विकसित देशों में भी, लिथियम आयन बैटरियों की सुरक्षा की पूरी तरह से गारंटी नहीं दी जा सकती है। मेरे देश में लिथियम आयन बैटरी प्रसंस्करण के वर्तमान अपेक्षाकृत निम्न स्तर को देखते हुए, एलएफपी मेरे देश की राष्ट्रीय परिस्थितियों के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है, जिससे बैटरी सुरक्षा में काफी सुधार हुआ है।