Cad é LiFePO4 i gcadhnraí litiam??
Réamhrá le Ábhair Fosfáit Iarainn Litiam
Is ábhar catóide é fosfáit iarainn litiam (foirmle mhóilíneach LiFePO₄, fosfáit iarainn litiam, LFP, ar a dtugtar fosfáit iarainn litiam nó fosfáit litiam neamhfheiriúil) a úsáidtear i gcadhnraí ian litiam. Is é a saintréithe nach bhfuil eilimintí luachmhara cosúil le cóbalt nó nicil ann, tá an praghas amhábhar íseal; agus tá carbóin, litiam, agus iarann flúirseach i screamh an domhain, ar féidir leo freastal ar éileamh an mhargaidh de níos mó ná milliún tonna in aghaidh na bliana. Mar ábhar catóide, tá voltas oibre measartha (3.2 V) ag fosfáit iarainn litiam, cumas ard sonrach (170 mA·h/g), cumhacht urscaoilte ard, cumas luchtaithe tapa, agus saolré timthrialla fada, le cobhsaíocht mhaith i dtimpeallachtaí ardteochta agus ard{{{{{{}}).
Baineann an criostail fosfáit iarainn litiam le cineál amháin de struchtúr olivine. Sa mhianadóireacht, tugtar triphylite air, a dhíorthaítear ón bhfocal Gréigise fréamhacha tri agus lylon. I mianta, is féidir leis an dath a bheith liath, dearg-donn, liath, donn nó dubh, agus tá na táirgí iarbhír dubh nó liath-dubh. Tá fosfáit iarainn litiam i roinnt ábhar mianraí nádúrtha, ach tá an grád íseal agus ní shroicheann sé an leibhéal iarratais phraiticiúil. Baineann fosfáit iarainn litiam leis an gcatagóir fosfáit ilchodach, agus ba cheart go mbeadh a fhoirmle ceimiceach ginearálta LiMPO₄, nuair is féidir M a bheith ar aon miotail défhiúsacha, lena n-áirítear Fe, Co, Mn, Ti, etc. I gcás comhdhúile a bhfuil an struchtúr olivine acu, áfach, ní hé fosfáit iarainn litiam an t-aon cheann is féidir a úsáid mar ábhar catóide i gcadhnraí ian litiam. De réir an eolais atá ann faoi láthair, tá LiMnPO₄, LiMnFePO₄, LiVPO₄, LiCoPO₄, agus go leor ábhar eile.
Is féidir bunús na n-ábhar fosfáit iarainn litiam a rianú siar go dtí 1996, nuair a d'aimsigh cuideachta teileachumarsáide na Seapáine NTT den chéad uair gur miotail alcaile é AMPO₄ (A, M is Co nó Fe) le struchtúr olivine, sa chomhcheangal de LiFeCoPO₄, is féidir é a úsáid mar ábhar catóide ceallraí litiam-. Ina dhiaidh sin, d'aimsigh grúpa taighde Goodenough ag Institiúid Teicneolaíochta Massachusetts sna Stáit Aontaithe, agus iad ag déanamh staidéir ar chreat-chomhdhúile, go bhfuil maoin inchúlaithe ag ábhar fosfáit iarainn litiam idircalú agus dí-idirghalú litiam-ian (Li⁺). Ar 23 Aibreán, 1997, chomhdaigh Ollscoil Texas ag Austin paitinn dar teideal "Ábhair catóide le haghaidh cadhnraí tánaisteacha litiam in-athluchtaithe" (WO1997010541), ag marcáil tús na monaplacht paitinne ar ábhair fosfáit iarainn litiam.
Tharraing foilsiú comhuaineach na n-ábhar catóide olivine fosfáit (LiMPO₄) ag na Stáit Aontaithe agus an tSeapáin aird mhór, spreag taighde fairsing, agus chuir sé an próiseas tionsclaíochta chun cinn go tapa. I gcomparáid le hábhair chatóide ceallraí tánaisteacha ian litiam traidisiúnta-spinel{-ocsaíd mhangainéise litiam struchtúrtha (LiMn₂O₄) agus ocsaíd cóbalt litiam struchtúrtha (LiCoO₂)- tá LiMPO₄ ar fáil go forleathan agus níl aon ábhar truaillithe níos saoire ag baint leis. Go háirithe, tá feabhas mór tagtha ar an tsábháilteacht, rud a chothaigh suim mhór ó thaighdeoirí agus ón tionscal.
De réir thorthaí taighde le blianta beaga anuas, tá struchtúr olivine tobair ag ábhar fosfáit iarainn litiam, agus tá a bhealaí idirleata ian litiam difriúil ó na bealaí traidisiúnta catóide. Tá struchtúir cisealta nó spinel ag ábhair chatóide traidisiúnta, rud a ligeann do hiain litiam bogadh go tapa idir sraitheanna nó bealaí níos mó, rud a fhágann go bhfuil feidhmíocht urscaoilte maith ag na hábhair. I gcodarsnacht leis sin, tá na bealaí idirleathadh ian litiam in ábhair fosfáit iarainn litiam aonthoiseach, rud a chiallaíonn nach bhfuil ach "tollán" laistigh den chriostail le haghaidh idirleathadh ian litiam, agus mar sin tá an ráta imirce ian litiam sách mall agus tá an t-achar idirleathadh gearr. Go háirithe faoi choinníollacha urscaoilte ardráta, ní féidir leis na hiain litiam inmheánacha aistriú amach in am, rud a fhágann go bhfuil polarú leictriceimiceach suntasach.
Is féidir cadhnraí a mhonarú ag baint úsáide as ábhar fosfáit iarainn litiam íon chun na conclúidí thuas a fhíorú. Tá sé léirithe ag turgnaimh go bhfuil úsáid acmhainne ábhar fosfáit iarainn litiam íon an-íseal, agus go n-imíonn an ceallraí meath tapa le linn rothaíochta. Taispeánann Figiúr 2.1 feidhmíocht rothaíochta cille mona ian litiam- a rinne an t-údar ag baint úsáide as fosfáit iarainn litiam íon sintéiseithe go hidrothermally (gan sciath carbóin). Is féidir a fheiceáil, tar éis thart ar 15 timthriall muirir-urscaoilte, go bhfuil an toilleadh ceallraí meathlaithe níos mó ná 20%. Dá bhrí sin, níl ábhar fosfáit iarainn litiam íon oiriúnach do chórais ceallraí ian litiam.
Sa bhliain 2000, ba é Hydro-Québec (H-Q), fóntais phoiblí náisiúnta Cheanada, an chéad duine a chomhdaigh paitinní maidir le sciath fosfáit iarainn litiam le hábhair seoltacha, lena n-áirítear úsáid brataithe carbóin ar ábhair fosfáit iarainn litiam. Chuir sé seo ar chumas fosfáit iarainn litiam cumas ard sonrach a bhaint amach agus leathnaigh sé a shaolré timthriall go dtí níos mó ná 2000 timthriall. Ba é seo tús phróiseas tionsclaíochta fosfáit iarainn litiam mar ábhar catóide.
