[SMM วิทยาศาสตร์สู่สาธารณะ] เทคโนโลยีซ่อมแซมแคโทดลิเธียมไอรอนฟอสเฟตอาจกลายเป็นกุญแจใหม่ในการยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่

I. ความสำคัญและความท้าทายของแบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟต

แบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟตถูกใช้อย่างแพร่หลายในหลายสาขาเนื่องจากความปลอดภัยสูง อายุการใช้งานยาวนาน และคุณสมบัติที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลาการใช้งานเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จะลดลงเนื่องจากการเสื่อมสภาพของวัสดุแคโทด ดังนั้น การฟื้นฟูวัสดุแคโทดจึงเป็นกุญแจสำคัญในการยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่

II. สาเหตุของการเสื่อมสภาพของวัสดุแคโทด

สาเหตุหลักคือการสูญเสียลิเธียมที่มีความสามารถในการทำงาน ซึ่งนำไปสู่การลดลงของประสิทธิภาพ การแทรกและการถอนตัวซ้ำๆ ของไอออนลิเธียมทำให้เกิดการสูญเสีย รวมถึงการเคลื่อนย้ายของเหล็กเข้าสู่ช่องว่างของลิเธียม ข้อบกพร่องของช่องว่างลิเธียมทำให้ Fe²⁺ ถูกออกซิไดซ์เป็น Fe³⁺ ก่อให้เกิดข้อบกพร่องที่ขัดขวางการแพร่กระจายของไอออนลิเธียม เมื่อวัสดุแคโทดล้มเหลว ข้อบกพร่องและรอยแตกจะเกิดขึ้นบนพื้นผิว ทำให้ประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าลดลง

III. เทคโนโลยีการฟื้นฟูสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟต

เพื่อยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟต นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาเทคโนโลยีการฟื้นฟูหลากหลายรูปแบบเพื่อกู้คืนประสิทธิภาพของวัสดุแคโทด เทคโนโลยีเหล่านี้ส่วนใหญ่ทำได้โดยการเติมลิเธียมที่มีความสามารถในการทำงาน โดยวิธีทั่วไปได้แก่ การเผาแบบเฟสของแข็ง การใช้ความร้อนแบบไฮโดรเทอร์มอล และเทคนิคทางเคมีไฟฟ้า

1. วิธีไฮโดรเทอร์มอล

วิธีไฮโดรเทอร์มอลเกี่ยวข้องกับการบำบัดเศษแบตเตอรี่ลิเธียมในเครื่องปฏิกรณ์แรงดันสูง โดยใช้แหล่งลิเธียมและสารรีดิวซ์เพื่อเติมลิเธียมที่สูญเสียไป วิธีนี้ดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำ หลีกเลี่ยงความเสียหายของโครงสร้างในขณะที่รับประกันความสม่ำเสมอในการเติมลิเธียม มีประสิทธิภาพสูงและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แต่การใช้งานในอุตสาหกรรมยังคงเผชิญกับความท้าทายเนื่องจากข้อกำหนดด้านอุปกรณ์และการดำเนินงานที่สูง

2. เทคโนโลยีการฟื้นฟูแบบเฟสของเหลว

วิธีการฟื้นฟูแบบเฟสของเหลวฟื้นฟูวัสดุแคโทดลิเธียมไอรอนฟอสเฟตในสภาพแวดล้อมของเหลวผ่านการทำงานของสารละลายแหล่งลิเธียม ไอออนลิเธียมในสารละลายเติมช่องว่างลิเธียมในวัสดุ ฟื้นฟูกิจกรรมทางเคมีไฟฟ้า การดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำช่วยลดการใช้พลังงานและลดความเสียหายของโครงสร้างที่เกิดจากอุณหภูมิสูง การเลือกแหล่งลิเธียมและอิเล็กโทรไลต์มีความสำคัญต่อผลการฟื้นฟู และสารเติมแต่งที่เหมาะสมสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ อย่างไรก็ตาม วิธีนี้เผชิญกับความท้าทาย เช่น การเลือกแหล่งลิเธียม การควบคุมสภาพปฏิกิริยา และการแยกวัสดุ

3. วิธีการฟื้นฟูทางเคมีไฟฟ้า

วิธีการฟื้นฟูทางเคมีไฟฟ้าฟื้นฟูวัสดุแคโทดลิเธียมไอรอนฟอสเฟตที่เสื่อมสภาพผ่านการดำเนินการทางเคมีไฟฟ้า ฟื้นฟูประสิทธิภาพของวัสดุ ในกระบวนการนี้ วัสดุจะถูกประกอบใหม่เป็นแบตเตอรี่ และการเติมลิเธียมจะสำเร็จผ่านการชาร์จ-ปล่อยไฟฟ้าซ้ำ อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ต้องการอุปกรณ์เฉพาะ มีการดำเนินการที่ซับซ้อน และยังไม่เหมาะสำหรับการใช้งานในขนาดใหญ่

4. วิธีการฟื้นฟูแบบเฟสของแข็งที่อุณหภูมิสูง

วิธีการเผาแบบเฟสของแข็งฟื้นฟูวัสดุแคโทดลิเธียมไอรอนฟอสเฟตที่เสื่อมสภาพผ่านการเผาที่อุณหภูมิสูง ขั้นแรก เศษวัสดุจะถูกบำบัดที่อุณหภูมิสูงในสภาพแวดล้อมก๊าซเฉื่อยเพื่อกำจัดสิ่งสกปรกและสร้างโครงสร้างผลึกขึ้นใหม่ จากนั้น ช่องว่างลิเธียมในวัสดุจะถูกเติมผ่านการแพร่กระจายของแหล่งลิเธียมที่อุณหภูมิสูง ฟื้นฟูกิจกรรมทางเคมีไฟฟ้า นอกจากนี้ วิธีนี้สามารถเพิ่มเสถียรภาพของโครงสร้างและประสิทธิภาพผ่านการเติมธาตุ (เช่น V⁵⁺, Ti⁴⁺, Ni²⁺) ในขณะที่เทคนิคการเคลือบพื้นผิวช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การใช้พลังงานของการบำบัดที่อุณหภูมิสูงและการเติมสารเคมีลิเธียมอย่างแม่นยำจำกัดการใช้งานอย่างแพร่หลาย

5. วิธีการฟื้นฟูแบบยูเทคติก

วิธีการยูเทคติกใช้คุณสมบัติของเกลือยูเทคติกเพื่อเติมลิเธียมและฟื้นฟูวัสดุที่อุณหภูมิต่ำ โดยการผสมเกลือยูเทคติกต่างๆ และการปรับกระบวนการเผาให้เหมาะสม ประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของลิเธียมไอรอนฟอสเฟตจะถูกฟื้นฟู วิธีนี้ลดอุณหภูมิการฟื้นฟูและการใช้พลังงาน ปราศจากมลพิษ ลดความซับซ้อนของกระบวนการ และแสดงศักยภาพที่ดี

ทีมวิจัยพลังงานใหม่ SMM

Cong Wang 021-51666838

Lingying Zhang 021-51666775

Xiaodan Yu 021-20707870

Rui Ma 021-51595780

Ying Xu 021-51666707

Disheng Feng 021-51666714

Yujun Liu 021-20707895

Yanlin Lü 021-20707875

Xianjue Sun 021-51666757

Chensi Lin 021-51666836

Zhicheng Zhou 021-51666711

He Zhang 021-20707850