Литий никель кобальт алюминий оксидтері - Lithium nickel cobalt aluminium oxides - Wikipedia

The литий никель кобальт алюминий оксидтері (NCA) құрамына кіретін заттар тобы болып табылады металл оксидтері. Олардың кейбіреулері қолданылуына байланысты маңызды литий-ионды аккумуляторлар. NCAs оң полюсте белсенді материал ретінде қолданылады (бұл катод батарея заряды біткен кезде). НКА - бұл катиондары бар аралас тотықтар химиялық элементтер литий, никель, кобальт және алюминий. Ең маңызды өкілдерде LiNi жалпы формуласы бархCoжAlзO2 бірге х + ж + з = 1. ҰКА қазіргі уақытта нарықта бар аккумуляторлардан тұрады, олар сонымен бірге қолданылады электромобильдер және электр аспаптары, х ≈ 0,8, ал бұл батареялардың кернеуі 3,6 В немесе 4,0 В аралығында, номиналды кернеуі 3,6 В немесе 3,7 В болғанда, 2019 жылы қолданыстағы оксидтердің нұсқасы - LiNi0,84Co0,12Al0,04O2.

NCA батареялары: Өндіруші және пайдалану

NCA батареяларының ең маңызды өндірушісі болып табылады Panasonic немесе Panasonic серіктестігі Тесла,[1] өйткені Tesla автомобиль модельдерінің тарту батареяларында белсенді материал ретінде NCA пайдаланады.[2][3] Tesla Model 3-те[4] және Tesla Model X, LiNi0,84Co0,12Al0,04O2 қолданылады.[5] Кейбір ерекшеліктерді қоспағанда, 2019 жылғы электромобильдер NCA немесе балама түрде пайдаланады литий никель марганец кобальт оксидтері (NMC).[4] Электромобильдерде пайдаланудан басқа, NCA электронды құрылғыларға арналған батареяларда қолданылады, негізінен Panasonic, Sony және Samsung.[6] Сымсыз шаңсорғыштар сонымен қатар NCA батареяларымен жабдықталған.[7]

NCA өндірушісі

2015 жылы ҰКА-ның негізгі өндірушілері және олардың нарықтағы үлестері Sumitomo Metal Mining 58%, Toda Kogyo (BASF) 16%, Nihon Kagaku Sangyo 13% және Ecopro 5% болды.[6] Sumitomo Tesla мен Panasonic-ті жеткізеді және 2014 жылы айына 850 тонна NCA өндіре алды.[8] 2016 жылы Sumitomo айлық өндірістік қуатын 2550 тоннаға дейін ұлғайтты,[9] және 2018 жылы 4550 тоннаға дейін.[8] Қытайда, жылы Tongren County жылы Цинхай провинциясы, 2019 жылдан бастап зауыт салынуда, ол бастапқыда айына 1500 тонна НКА шығарады.[10]

NCA қасиеттері

Пайдаланылатын зарядты сақтау сыйымдылығы ҰКА шамамен 180-ден 200 мАч / г құрайды.[11] Бұл теориялық мәндерден едәуір төмен; LiNi үшін0,8Co0,15Al0,05O2 бұл 279 мАч / г құрайды.[1] Алайда, NCA сыйымдылығы, мысалы, балама материалдармен салыстырғанда едәуір жоғары литий кобальт оксиді LiCoO2 148 мАч / г-мен, литий темір фосфаты LiFePO4 165 мАч / г және NMC 333 LiNi бар0,33Мн0,33Co0,33O2 170 мА / сағ.[1] LiCoO сияқты2 және NMC, NCA қабат құрылымымен катодты материалдарға жатады.[11] Жоғары кернеудің арқасында NCA жоғары тығыздықтағы батареяларды қосады. NCA-ның тағы бір артықшылығы - оның жылдам зарядтау мүмкіндігі.[11] Кемшіліктер - бұл жоғары шығындар және кобальт пен никельдің шектеулі ресурстары.[11]

NCA және NMC екі материалы бір-бірімен байланысты құрылымдарға ие, электрохимиялық мінез-құлығы ұқсас және ұқсас өнімділікті көрсетеді, атап айтқанда энергияның тығыздығы және салыстырмалы түрде жоғары өнімділік. 3-модельдегі NCA батареясының құрамында 4,5-тен 9,5 кг-ға дейін кобальт пен 11,6 кг-ға дейін литий бар деп есептеледі.[12]

Kristallstruktur von Nickel (IV) -оксид

Литий никель тотығы LiNiO2, бұл NCA-мен тығыз байланысты немесе никель оксиді NiO2 өзі әлі батарея материалы ретінде қолданыла алмайды, өйткені олар механикалық тұрғыдан тұрақсыз, қуаттылықтың тез жоғалуын және қауіпсіздік мәселелерін көрсетеді.[4]

Никельге бай NCA: артықшылықтары мен шектеулері

LiNi NCAsхCoжAlзO2 х ≥ 0,8 никельге бай деп аталады;[13] бұл қосылыстар зат класының маңызды нұсқалары болып табылады. Никельге бай варианттарда кобальт аз, сондықтан шығындық жағынан артықшылыққа ие, өйткені кобальт салыстырмалы түрде қымбат. Сонымен қатар, никель мөлшері көбейген сайын, кернеу де, аккумуляторда сақталатын энергия да артады. Алайда никельдің мөлшері көбейген сайын термиялық бұзылу және батареяның ерте қартаю қаупі де артады. Әдеттегі NCA батареясын 180 ° C дейін қыздырғанда, ол болады термиялық қашу.[14] Егер бұрын батарея шамадан тыс зарядталған болса, термиялық қуат 65 ° C-та болуы мүмкін.[14] NCA құрамындағы алюминий иондары тұрақтылық пен қауіпсіздікті жоғарылатады, бірақ олар өздері тотығуға және тотықсыздануға қатыспайтындықтан қуаттылықты төмендетеді.

Материалдың модификациясы

NCA-ны төзімді ету үшін, әсіресе 50 ° C-тан жоғары температурада жұмыс істеуі керек батареялар үшін NCA белсенді материалы әдетте қапталған. Зерттеулерде көрсетілген жабындар құрамында фторидтер болуы мүмкін алюминий фторы AlF3, кристалды оксидтер (мысалы, CoO)2, TiO2, NMC) немесе әйнек оксидтері (кремний диоксиді SiO2) немесе сияқты фосфаттар FePO4.[1]

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б c г. Агус Пурванто, Корнелиус Сатрия Юдха, У Убайдилла, Хендри Видияндари, Такаши Оги (2018-09-26), «катодты NCA материалы: синтез әдістері және өнімділікті күшейту», Материалдарды зерттеу экспресс, IOP Publishing, 5 (12), б. 122001, дои:10.1088 / 2053-1591 / aae167, ISSN  2053-1591CS1 maint: бірнеше есімдер: авторлар тізімі (сілтеме)
  2. ^ Джеймс Эйр (2017-12-02). «Tesla батареялары 101 - өндіріс қуаты, пайдалану, химия және болашақ жоспарлары». CleanTechnica.
  3. ^ Фред Ламберт (2017-05-04). «Tesla аккумуляторын зерттеуші жоғары вольттегі өмір циклін арттыру үшін жаңа химияны ұсынады». Электрек. Electrek, 9to5 желісі.
  4. ^ а б c Маттео Бианчини, Мария Рока-Аятс, Паскаль Хартманн, Торстен Брезесинский, Юрген Янек (2019-07-29), «Ол жаққа және қайта оралу-LiNiO саяхаты2 катодты белсенді материал ретінде », Angewandte Chemie International Edition, Вили-ВЧ, 58 (31), 10434–10458 б., дои:10.1002 / анье.201812472CS1 maint: бірнеше есімдер: авторлар тізімі (сілтеме)
  5. ^ Gyeong Won Nam, Nam-Yung Park, Kang-Joon Park, Jihui Yang, Jun Jun (2019-12-13), «Ни-Рич NCA катодтарының әлсіреуі: микрокрекингтің әсері», ACS Энергетикалық хаттары, 4 (12), 2995-3001 б., дои:10.1021 / acsenergylett.9b02302, ISSN  2380-8195CS1 maint: бірнеше есімдер: авторлар тізімі (сілтеме)
  6. ^ а б Кристоф Пилло (2017-01-30). «Литий-ионды аккумуляторлық шикізат Сатып алу және ұсыныс 2016–2025» (PDF). avicenne.com. Авиценна.
  7. ^ «Dyson сымсыз вакуумды салыстыру кестесі: Ең жақсысын жақсымен салыстыру - Powertoollab». Сатылатын ең жақсы электр құралдары, сарапшылардың шолулары мен нұсқаулықтары. 2018-08-22.
  8. ^ а б Юка Обаяши, Рицуко Шимидзу (2018-09-13). «Жапонияның Sumitomo компаниясы Panasonic, Toyota-ны аккумуляторлық материалдармен қамтамасыз етуге көңіл бөледі». Reuters.
  9. ^ Джеймс Эйр (2016-02-26). «Sumitomo Metal Mining NCA (литий-ионды катодтарда қолданылады) өндірісін 38% -ға арттырады, Tesla Model 3 іске қосылуын күту кезінде». evobsession.com.
  10. ^ Фрэнк Лю (2019-11-13). «Цинхайда 50,000 мт NCA катодты материалын салу жобасы басталды». SMM жаңалықтары - news.metal.com> жаңалықтар> сала жаңалықтары. Shanghai Metals Market SMM, SMM Information & Technology Co.
  11. ^ а б c г. Marca M. Doeff (2013), Ральф Дж.Бродд (ред.), «Батарея катодтары: тұрақтылық туралы ғылым мен технология энциклопедиясынан алынған жазбалар», Тұрақтылыққа арналған батареялар, Нью-Йорк, Нью-Йорк: Спрингер, 5–49 б., дои:10.1007/978-1-4614-5791-6_2, ISBN  978-1-4614-5790-9
  12. ^ Эван Леон (2018-10-26). «Кеніштен нарыққа: энергетикалық металдар және электр машиналарын индустрияландыру» (PDF). энергия.umich.edu. Мичиган университетінің энергетика институты.
  13. ^ Шэнг С. Чжан (қаңтар, 2020 ж.), «Катодты катодты оксидтің бай қабатты материалдарындағы мәселелер және олардың шығу тегі», Энергияны сақтауға арналған материалдар, 24, 247–254 б., дои:10.1016 / j.ensm.2019.08.013
  14. ^ а б Сюань Лю, Кан Ли, Сян Ли (2018), «Электрохимиялық өнімділігі және бірнеше танымал литий-ионды аккумуляторлардың электр машиналары үшін қолданылуы - шолу» (PDF), Жасыл энергетикалық жүйелер мен ақылды желінің жетістіктері, Сингапур: Springer Singapore, 925, 201–213 б., дои:10.1007/978-981-13-2381-2_19, ISBN  978-981-1323-80-5, алынды 2020-02-15CS1 maint: бірнеше есімдер: авторлар тізімі (сілтеме)