لتیم آئرن فاسفیٹ (LFP) بیٹریوں کی شرح کارکردگی کو کیسے بہتر بنایا جائے؟

LFP بیٹریاں سائیکل کی اچھی کارکردگی کی خصوصیت رکھتی ہیں، لیکن ان کی شرح کی کارکردگی ٹرنری لیتھیم بیٹریوں کی نسبت نمایاں طور پر بدتر ہے۔ لہذا، خام مال اور فارمولیشن ڈیزائن دونوں پر توجہ مرکوز کرکے LFP بیٹریوں کی شرح کارکردگی کو بہتر بنایا جا سکتا ہے۔

لیتھیم آئرن فاسفیٹ (LiFePO₄, LFP)، سب سے زیادہ استعمال ہونے والے کیتھوڈ مواد میں سے ایک کے طور پر، دو اہم عوامل کی وجہ سے خراب شرح کارکردگی کا شکار ہے: اول، زیتون کے ڈھانچے میں منقطع FeO₆ نیٹ ورک کم الیکٹرانک چالکتا (تقریباً 10⁻⁹/10cm)؛ دوسرا، تنگ ایک-جہتی لی⁺ بازی چینلز کے نتیجے میں سست لتیم-آئن بازی کی شرح (تقریباً 10⁻¹⁴~10⁻¹⁶ cm²/s) ہوتی ہے۔ سیدھے الفاظ میں، ہائی-ریٹ چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے دوران، الیکٹران اور لیتھیم-آئن کی نقل و حمل کی کارکردگی موجودہ مانگ کے مطابق نہیں رہ سکتی، جس کی وجہ سے پولرائزیشن میں اضافہ اور صلاحیت میں نمایاں کمی واقع ہوتی ہے۔

مندرجہ ذیل مواد، الیکٹروڈ، الیکٹرولائٹس سے لے کر مجموعی ڈیزائن سسٹم تک بہتری کی حکمت عملیوں کا خاکہ پیش کرتا ہے۔

1. کیتھوڈ مواد میں ترمیم:

(1) نانو اسٹرکچرنگ - ٹرانسمیشن کا فاصلہ کم کرنا:

نانوسکل میں LFP ذرات کے سائز کو کم کرنا ٹھوس مرحلے میں Li⁺ کے پھیلاؤ کے راستے کو نمایاں طور پر مختصر کر سکتا ہے، چارج اور خارج ہونے والے وقت کو کم کر سکتا ہے۔ غیر محفوظ LFP مائیکرو اسپیئرز (نینو پارٹیکلز سے اکٹھے ہوئے) اعلی شرح کارکردگی اور اعلی حجمی توانائی کی کثافت کو یکجا کرتے ہیں، انہیں ایک ترجیحی سمت بناتے ہیں جو عملییت اور کارکردگی کو یکجا کرتی ہے۔ تاہم، یہ واضح رہے کہ خالص نینو میٹریل میں کم کمپیکشن کثافت ہوتی ہے اور عام طور پر شرح کی کارکردگی اور حجمی توانائی کی کثافت کو متوازن کرنے کے لیے بڑے ذرات کے ساتھ درجہ بندی کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔

(2) کاربن کوٹنگ - الیکٹران چینلز کھولنا

LFP ذرات کی سطح کو کنڈکٹیو کاربن پرت کے ساتھ یکساں طور پر کوٹنگ کرنا تجارتی لحاظ سے پختہ ترمیمی طریقہ ہے۔ کاربن کی تہہ ذرات کی سطح کے مخصوص رقبے کو بڑھا سکتی ہے، Li⁺ منتقلی کی دوری کو کم کر سکتی ہے، اور ساتھ ہی ساتھ ایک ترسیلی نیٹ ورک بھی بنا سکتی ہے۔ کاربن نانوٹوبس (CNTs) اور گرافین جیسے جدید کاربن مواد کا تعارف ایک "پوائنٹ-لائن-سطح" تھری-جہتی نقطہ نظر سے ایک انتہائی موثر کنڈکٹیو نیٹ ورک بنا سکتا ہے، جس سے شرح کی کارکردگی میں مزید بہتری آتی ہے۔ وانرن نیو انرجی کا تازہ ترین پیٹنٹ کوٹنگ کی تہہ میں آئرن کاربائیڈ (0.7%~3.1% بڑے پیمانے پر) متعارف کروا کر پاؤڈر کی مزاحمت اور آئرن لیچنگ کو کم کرتا ہے، صلاحیت، سائیکلنگ کی کارکردگی اور ریٹ کی کارکردگی میں بیک وقت بہتری لاتا ہے۔

(3) آئن ڈوپنگ - جالی کے اندرونی حصے سے سرعت

لی سائٹس پر Na⁺ ڈوپنگ جالیوں کی توسیع اور Li⁺ بازی چینلز کو وسیع کر سکتی ہے۔ Fe سائٹس پر ڈوپنگ Ti⁴⁺ جالی کے استحکام اور الٹنے کی صلاحیت کو بہتر بنا سکتی ہے۔ Chongqing University of Technology میں Lü Wenyan کے تحقیقی گروپ نے Na-Ti synergistic doping to carbon-coated LFPs کا استعمال کیا، جس سے 100% صلاحیت برقرار رکھنے اور 99.54% کی کولمبک کارکردگی 1000 سائیکلوں کے بعد 5C بلند ترین شرح پر، انتہائی لمبا{}} لمبا{}} سائیکلنگ استحکام. ہنان یونینگ کا حال ہی میں "ملٹی-عنصر کاربن سورس موڈیفیکیشن" کے لیے منظور شدہ پیٹنٹ بھی دھات{11}}نامیاتی فریم ورکس، کوبالٹ نائٹریٹ، اور کاپر نائٹریٹ کی ہم آہنگی میں ترمیم کے ذریعے بہتر شرح کی کارکردگی اور سائیکلنگ کے استحکام کو حاصل کرتا ہے۔

2. ایڈوانسڈ سینٹرنگ کا عمل: ہیٹ ٹریٹمنٹ کے مخمصے کے ذریعے توڑنا

LFP کی کاربوتھرمک ترکیب عام طور پر 600-800 ڈگری پر کی جاتی ہے۔ اس درجہ حرارت پر، نتیجے میں کاربن کی تہہ میں کم کرسٹل پن ہوتا ہے، اور اس کی چالکتا تیز رفتار چارجنگ کی ضروریات کے لیے ناکافی ہے۔ تاہم، درجہ حرارت میں اضافہ اناج کی کھردری کا باعث بنتا ہے، جو شرح کی کارکردگی کو منفی طور پر متاثر کرتا ہے۔ چینی یونیورسٹی آف ہانگ کانگ (شینزین) میں ژانگ منگجیان کی قیادت والی ٹیم نے لی آٹو کے ساتھ مل کر ایک انتہائی فاسٹ سنٹرنگ حکمت عملی تیار کی ہے: کمرشل ایل ایف پی کو 1000 ڈگری پر صرف 10 سیکنڈ کے لیے بے نقاب کرنا، جس کے بعد تیزی سے ٹھنڈا ہونا، بیک وقت سطح کاربن کی تہہ اور کرسٹل کی سطح کو بہتر بنانا۔ لیتھیم-آئن پھیلاؤ کی صلاحیت (Fe/Li antisite مواد کو دوگنا کرنا)، جبکہ نانوسکل اناج کے سائز کو محفوظ رکھتا ہے۔ ترمیم شدہ LFP 5000 فاسٹ چارجنگ سائیکلوں کے بعد صرف 9.8% صلاحیت کے زوال کے ساتھ 25% سے زیادہ کی شرح کارکردگی میں بہتری کو ظاہر کرتا ہے۔ اس طریقہ کار میں کلوگرام-اسکیل اسکیل-کو حاصل کرنے کے لیے معیاری ٹیوب فرنس میں صرف سادہ ترمیم کی ضرورت ہوتی ہے، جس سے تجارتی مواد کے لیے کم لاگت -"پوسٹ پروسیسنگ اپ گریڈ" کا راستہ ملتا ہے۔

3. کنڈکٹو ایجنٹ آپٹیمائزیشن: تھری-جہتی کنڈکٹیو نیٹ ورک کی تعمیر

الیکٹروڈ میں مختلف کنڈکٹیو ایجنٹ مختلف کردار ادا کرتے ہیں: کنڈکٹو کاربن بلیک (SP) پوائنٹ بناتا ہے-جیسے مختصر-رینج کنکشن، کاربن نانوٹوبس (CNTs) لکیری میڈیم-رینج کنکشن بناتے ہیں، اور گرافین (GN) پلانر لانگ-رینج کنکشن بناتا ہے۔ جب مرکب میں استعمال کیا جاتا ہے، تو وہ "پوائنٹ{-لائن-پلانر" کا ایک سہ جہتی ہم آہنگی کنڈکٹیو نیٹ ورک بناتے ہیں، جو نمایاں طور پر الیکٹروڈ مزاحمت کو کم کرتے ہیں اور بیٹری کی شرح اور سائیکل کی کارکردگی کو بہتر بناتے ہیں۔ لیتھیم آئرن فاسفیٹ بیٹریوں میں ٹرنری کمپوزٹ کنڈکٹیو ایجنٹس (کاربن بلیک + CNTs + گرافین) کی بہترین حرکیاتی کارکردگی میں بہتری کے اثرات کی تصدیق کی گئی ہے۔

4. الیکٹرولائٹ آپٹیمائزیشن: Synergistic Liquid-Fase Acceleration

الیکٹرولائٹ مائع-فیز میڈیم ہے جس کے ذریعے لی⁺ مثبت اور منفی الیکٹروڈ کے درمیان منتقل ہوتا ہے۔ الیکٹرولائٹ کو بہتر بنانا شرح کی کارکردگی کو بہتر بنانے کا ایک ناگزیر حصہ ہے۔ اصلاح کی ہدایات میں شامل ہیں:

Lithium Salt Selection: LiFSI (lithium bisfluorosulfonylimide) has good thermal stability (>200 ڈگری) اور اعلی آئنک چالکتا۔ اسے LiPF₆ کے ساتھ ملانا (مثلاً 3:1 کے تناسب میں) لاگت اور شرح کی کارکردگی کو متوازن کر سکتا ہے۔ سالوینٹ سسٹم: کم-واسکوسیٹی سالوینٹس (جیسے DME, MA) Li⁺ ٹرانسپورٹ کو تیز کر سکتے ہیں، لیکن حفاظت پر غور کرنا ضروری ہے۔ FEC (5%~10%) کا اضافہ SEI فلم کی سختی کو بہتر بنا سکتا ہے اور لیتھیم ڈینڈرائٹ کی تشکیل کو دبا سکتا ہے۔

فنکشنل ایڈیٹیو: VC (ایتھیلین کاربونیٹ، 1%~2%) ایک گھنی SEI فلم بنا سکتا ہے اور انٹرفیشل رکاوٹ کو کم کر سکتا ہے۔ LiNO₃ اور LiFSI کا امتزاج ایک مستحکم Li₃N-کی تشکیل کر سکتا ہے جس میں منفی الیکٹروڈ پر SEI پرت ہوتی ہے۔ ایک اصلاح شدہ الیکٹرولائٹ (ایتھیلین کاربونیٹ + ڈائمتھائل کاربونیٹ + ایتھائل میتھائل کاربونیٹ بطور سالوینٹس، VC، 1,3-PS, FEC، اور acetonitrile بطور اضافی) استعمال کرتے ہوئے، صلاحیت برقرار رکھنے کی شرح 900 سائیکلوں کے بعد 95.6% تک پہنچ جاتی ہے اور 3C کے 900 چکروں کے بعد 3C-8010 چارجز کے بعد چارج ہو جاتا ہے۔ 6C، نمایاں طور پر شرح سائیکلنگ کی کارکردگی کو بہتر بنا رہا ہے۔

5. الیکٹروڈ سٹرکچر ڈیزائن: گریڈینٹ پورسٹی ڈیکوپلنگ آئن ٹرانسپورٹ

روایتی سنگل-پرت موٹی الیکٹروڈز میں، موجودہ کلیکٹر کے قریب فعال مادّہ کا ضرورت سے زیادہ طویل آئن ٹرانسپورٹ پاتھ کی وجہ سے ردعمل میں حصہ لینا مشکل ہوتا ہے۔ ڈبل-پرت کوٹنگ کی تکنیک کو استعمال کرتے ہوئے، ایک تاکنا بنانے والا ایجنٹ (جیسے امونیم بائی کاربونیٹ) موجودہ کلیکٹر سے دور واقع الیکٹروڈ کوٹنگ میں متعارف کرایا جاتا ہے، موجودہ کلیکٹر سے الیکٹروڈ کی سطح تک بتدریج بڑھتی ہوئی پوروسیٹی کے ساتھ ایک تدریجی سوراخ کا ڈھانچہ بناتا ہے۔ تجربات سے پتہ چلتا ہے کہ گریڈیئنٹ پور ڈبل-پرت موٹی الیکٹروڈ (77.3 μm) اب بھی کمرے کے درجہ حرارت پر 5C شرح پر 40 mAh/g کی ڈسچارج مخصوص صلاحیت کو برقرار رکھتا ہے، جبکہ اسی علاقے کی کثافت کے ساتھ سنگل-پرت کے الیکٹروڈ میں 5C ڈسچارج کی مخصوص صلاحیت 0 ہوتی ہے۔ ہم گریڈیئنٹ موٹی ڈھانچے کے اندر تیز رفتار نقل و حمل کو فروغ دیتے ہیں الیکٹروڈ، جبکہ ہائی کمپیکشن کثافت (2.6 g/cm³ سے زیادہ یا اس کے برابر) اندرونی مزاحمت کو کم کرنے اور شرح کی کارکردگی کو مزید بہتر بنانے میں مدد کرتا ہے۔

ہمارے بارے میں

Acey ذہینR&D اور اعلی-لیتھیم-آئن بیٹری کے آلات کی تیاری میں مہارت رکھتا ہے۔ ہم بیٹری سیل پروڈکشن لائنوں (سلنڈرکل، کوائن، اور پاؤچ سیلز) اور بیٹری پیک اسمبلی لائنوں دونوں کے لیے مربوط ون اسٹاپ حل پیش کرتے ہیں۔ لیتھیم-آئن بیٹری انڈسٹری میں نئے آنے والوں کے لیے جو اپنی سیل یا پیک اسمبلی لائنیں قائم کرنا چاہتے ہیں، ہم پیشہ ورانہ تکنیکی مدد اور رہنمائی فراہم کرتے ہیں۔ براہ مہربانی بلا جھجھک ہم سے رابطہ کریں۔

ابھی رابطہ کریں۔