Fosfato de hierro litio (LiFePO4)
update:2014-03-27, view:
Fosfato de hierro litio ( LiFePO4 ) , también conocido como LFP , es un compuesto utilizado en las baterías de litio fosfato de hierro [ 1 ] (en relación con las baterías de Li -Ion ) . Está dirigido para su uso en herramientas eléctricas y los vehículos eléctricos. También se utiliza en los ordenadores portátiles de educación OLPC XO .
La mayoría de las baterías de litio (Li -ion ) utilizado en 3C ( equipo , la comunicación, la electrónica de consumo ) son en su mayoría productos de óxido de cobalto de litio baterías ( LiCoO2 ) . Otras baterías de litio incluyen óxido de manganeso de litio ( LiMn2O4 ) , óxido de níquel y litio ( LiNiO2 ) y fosfato de hierro litio ( LFP ) . Los cátodos de baterías de litio se hacen con los materiales anteriores , y los ánodos están generalmente hechos de carbono .
Evitar el cátodo de óxido de cobalto y litio conduce a un número de ventajas . LiCoO2 es uno de los componentes más caros de las baterías tradicionales li -ion, dando baterías LFP el potencial de convertirse en última instancia mucho más baratos de producir. Fosfato de hierro de litio no tiene carcinogenicidad conocido mientras que el óxido de cobalto de litio lo hace , ya que contiene cobalto, que está catalogado como un posible carcinógeno humano por la IARC . LiCoO2 puede llevar a problemas con el sobrecalentamiento del fugitivo y desgasificación , en particular en forma de paquetes de baterías de polímero de litio , por lo que las baterías que usan más susceptible al fuego que las baterías LFP . Esta ventaja significa que las baterías LFP no necesitan supervisión carga tan intensa como la tradicional li -ion. Sin embargo , las baterías LFP tienden a tener menor (~ 60 %) la densidad de energía en comparación con los tradicionales li -ion.
Contenido [ ocultar ]
1 LiFePO4 introducción
2 Principio
3 Nomenclatura de LiFePO4
4 Invención de LFP
5 Teoría
6 Propiedades físicas y químicas
7 El rápido desarrollo de las industrias del LFP
8 Propiedades de LFP y desarrollo de la industria
9 guerras de patentes
10 solución de demanda
11 Mejoramiento
12 sustitución del metal
13 Mejora de los procesos de síntesis del LFP
14 Referencias
15 Véase también
Introducción LiFePO4 [ editar]
Fosfato de hierro litio ( fórmula molecular es LiFePO4 , también conocido como LFP ) , se utiliza como material de cátodo para baterías de iones de litio ( también llamado batería de fosfato de hierro de litio) . Su característica no incluye elementos nobles como el cobalto , el precio de la materia prima es más baja y fósforo y hierro son abundantes en la Tierra lo que reduce los problemas de disponibilidad de materias primas. La producción anual de carbonato de litio a disposición de la industria del automóvil se estima en sólo 30 000 toneladas en 2015 . [ 2 ] Si bien existe un fosfato de hierro de litio mineral natural de cuestiones ( triphylite ) con la pureza y la estructura del material que sea inadecuado para su uso en baterías .
Principio [ editar]
Las baterías que utilizan este material del cátodo tienen una tensión de servicio moderado ( 3,3 V) , alta capacidad de almacenamiento de energía ( 170 mAh / g), de alta potencia de descarga, carga rápida y largo ciclo de vida , y su estabilidad también es alta cuando se coloca bajo altas temperaturas o en un alto ambiente térmico . Este material catódico aparentemente normal , pero , de hecho, revolucionario y novedoso para las baterías de iones de litio pertenece al grupo de olivino. La etimología de su nombre mineral - triphyllite - es del griego tri (tres) y phyllon (hoja) . Este mineral es de color gris , rojo- gris , marrón o negro . La información detallada de este mineral se puede encontrar en el sitio web [ 1 ] .
Nomenclatura de LiFePO4 [ editar]
La fórmula química correcta de LiFePO4 es LiMPO4 . LiFePO4 tiene una estructura de cristal de olivino . El M de la fórmula química se refiere a cualquier metal , incluyendo Fe, Co , Mn , Ti , etc La primera LiMPO4 comercial fue C/LiFePO4 y por lo tanto , las personas se refieren a todo el grupo de LiMPO4 como el fosfato de litio-hierro , LiFePO4 . Sin embargo , más de un compuestos de olivino , además de LiMPO4 , se pueden utilizar como el material del cátodo de fosfato de litio-hierro . Tales compuestos de olivino como AyMPO4 , Li1 - xMFePO4 , y LiFePO4 -ZM tienen las mismas estructuras cristalinas como LiMPO4 y pueden ser utilizados como el material de cátodo de las baterías de iones de litio . (Todo se puede denominar como " LFP " . )
Invención de la LFP [ editar]
LiFePO4 fue inventado y reportado por Akshaya Padhi del grupo de John Goodenough en la Universidad de Texas en Austin en 1996 [ 3 ] como un excelente candidato para el cátodo de la batería de litio recargable que es barato, no tóxico y ambientalmente benigno . La extracción reversible de litio de LiFePO4 y la inserción de litio en FePO4 se demostró . La posterior investigación y desarrollo en el almacenamiento de energía electroquímica en todo el mundo se ha orientado a la superación de los problemas de procesamiento y de ingeniería que ha llevado a su uso actual LiFePO4 baterías de litio recargables .
Teoría [ editar]
Material del cátodo de este batería de litio de la composición de olivino ya está siendo producido en masa por varios hasta los fabricantes de materiales profesionales de origen. Se espera expandir ampliamente las aplicaciones en el campo de las baterías de litio , y llevarlo a los nuevos campos como las bicicletas eléctricas , vehículos híbridos de gasolina y electricidad y los vehículos de automatización , en Tokio, Japón , un grupo de investigación dirigido por el profesor Atsuo Yamada de Tokio University of Technology, publicó un informe el 11 de agosto de la revista Materiales Naturales de 2008, que incluyó la siguiente declaración : la batería de fosfato de hierro - litio se utiliza como fuente de energía para los coches eléctricos respetuosos del medio ambiente , que tienen grandes perspectivas de futuro . La Universidad de Tecnología de Tokio y el grupo de investigación de la Universidad de North East está liderado por el profesor Atsuo Yamada. El grupo utiliza el hierro fosfato de irradiación de neutrones y , a continuación, se analiza la interacción entre neutrones y los materiales para estudiar el estado de movimiento de iones de litio con fosfato de hierro. Los investigadores llegaron a la conclusión de que en el fosfato de hierro de litio, de iones de litio que se preste conforme con una cierta dirección en línea recta , tiene un patrón de movimiento diferente, con los materiales de los electrodos de iones de litio ya existentes, como el cobalto. Esta es una coincidencia con la teoría asumir original, los resultados del análisis con el uso de difracción de neutrones , confirma que el fosfato de litio-hierro ( fórmula molecular es LiFePO4 , también conocido como LFP) es capaz de garantizar la seguridad de corriente de entrada / salida grande de litio de la batería . [ 4 ]
Propiedades físicas y químicas [ editar]
La fórmula química del fosfato de hierro de litio LiFePO4 es , en el que el litio tiene 1 valencia , hierro tiene valencia +2 y fosfato tiene -3 valencia. El átomo central de hierro junto con sus alrededores 6 átomos de oxígeno forma un octaedro esquina compartida - FeO6 - con el hierro en el centro. El átomo de fósforo de las formas de fosfato con los cuatro átomos de oxígeno de un tetraedro de borde compartido - PO4 - con el fósforo en el centro. Una estructura de tres dimensiones en zigzag se forma por FeO6 octaedros compartiendo esquinas -O común con tetraedros de PO4 . Los iones de litio residen dentro de los canales octaédricos en una estructura en zigzag. En la red , octaedros FeO6 están conectados mediante el intercambio de las esquinas de la cara bc . Grupos LiO6 forman una cadena lineal de borde compartido octaedros paralelo al eje b . A FeO6 acciones octaedro bordes con dos octaedros LiO6 y uno tetraedro PO4 . En cristalografía , se cree que esta estructura para ser el grupo espacial Pmnb del sistema cristalino ortorrómbico . Las constantes de red son: a = 6.008A , b = 10.334A , yc = 4.693A . El volumen de la unidad de celosía es 291,4 A3 . Los fosfatos de cristal estabilizar todo el marco y dan LFP buena estabilidad térmica y excelentes actuaciones de ciclismo.
A diferencia de los dos materiales catódicos tradicionales - LiMnO4 y LiCoO2 , iones de litio de LiMPO4 movimiento en el volumen libre de una sola dimensión de la red . Durante la carga / descarga , los iones de litio se extraen de / inserta en LiMPO4 mientras que los iones de hierro centrales se oxidan / reducida . Este proceso de extracción / inserción es reversible . LiMPO4 tiene , en teoría, una capacidad de carga de 170 mAh / g y un voltaje de circuito abierto estable de 3.45V . A continuación se muestra la reacción de inserción / extracción de los iones de litio : la vida (II ) PO4 <- > Fe ( III) PO4 + Li + e- ( 1 )
La extracción de litio de LiFePO4 produce FePO4 con estructuras similares . FePO4 también tiene un grupo espacial Pmnb . Las constantes de red de FePO4 son a = 5.792A , 9.821A y b = c = 4.788A . El volumen de la unidad de celosía es 272,4 A3 . La extracción de los iones de litio reduce el volumen de celosía , como es el caso de los óxidos de litio . El FeO6 octaedros esquina compartida de LiMPO4 están separados por los átomos de oxígeno del PO43 - tetraedros y no puede formar una red continua FeO6 . Conductividad de electrones se reduce como resultado. Por otro lado, un conjunto hexagonal átomo de oxígeno casi empaquetamiento compacto proporciona un volumen relativamente pequeño libre para el movimiento de iones de litio y por tanto , los iones de litio en la red tienen pequeñas velocidades de migración en el templado ambiente. Durante la carga , los iones de litio y los electrones correspondientes se extraen de la estructura , y se forman una nueva fase de FePO4 y una nueva interfaz de fase . Durante la descarga , los iones de litio y los electrones correspondientes se insertan de nuevo en la estructura y se forma una nueva fase de LiMPO4 fuera de la fase FePO4 . Por lo tanto , los iones de litio de partículas esféricas de cátodo tienen que ir a través de un activo o una transición de fase estructural hacia el exterior , ya sea de extracción o inserción [ 1 ] [ 2 ] . Un paso crítico de carga y descarga es la formación de la interfase entre LixFePO4 y Li1 - xFePO4 . Como la inserción / extracción de iones de litio procede , el área superficial de la interfaz se encoge . Cuando se alcanza un área de superficie crítica , los electrones y los iones de los FePO4 resultantes tienen baja conductividad y estructuras de dos fases se forman . Por lo tanto , LiMPO4 en el centro de la partícula no se consume totalmente , especialmente bajo la condición de corriente de descarga de gran tamaño.
Los iones de litio se mueven en los canales unidimensionales en las estructuras de olivino y tienen altas constantes de difusión . Además , las estructuras de olivino que experimentan múltiples ciclos de carga y descarga se mantienen estables y el átomo de hierro todavía reside en el centro del octaedro . Por lo tanto , poner el límite de la conductividad de electrones a un lado , LiMPO4 es un buen material de cátodo con excelentes actuaciones en bicicleta . [ 5 ] Durante una carga , el átomo de hierro en el centro del octaedro tiene un estado de centrifugado alta.
El rápido desarrollo de las industrias del LFP [ editar]
En la actualidad, las patentes fundamentales de los compuestos LFP están en manos de tres empresas de material profesional : Li1 - xMFePO4 por A123 , LiMPO4 por Phostech y LiFePO4 • zM por Aleees . Estas patentes se han convertido a las tecnologías de producción de masa muy maduros. La mayor capacidad de producción es de hasta 250 toneladas por mes . La característica clave de Li1 - xMFePO4 de A123 es la nano - LFP , que convierte la LFP originalmente menos conductora en productos comerciales mediante la modificación de sus propiedades físicas y la adición de metales nobles en el material del ánodo , así como el uso de grafito especial como los cátodos . La característica principal de LiMPO4 de Phostech es el aumento de la capacitancia y la conductividad por recubrimiento de carbono apropiado ; la característica crucial de LiFePO4 • zM de Aleees es la LFP con una alta capacitancia y baja impedancia obtenida por el control estable de las ferritas y el crecimiento de cristales . Este mejor control se realiza mediante la aplicación de fuertes fuerzas de agitación mecánica a los precursores en estados de alta sobresaturación , que induce la cristalización de los óxidos metálicos y LFP .
Estos avances y el desarrollo rápido de materiales ascendentes han llamado la atención de fábricas de baterías de litio y la industria del automóvil . Se ha impulsado el desarrollo de baterías y vehículos híbridos. Baterías LFP son benignos para el medio ambiente . Las principales ventajas son que las baterías LFP no tienen tales problemas de seguridad como el sobrecalentamiento y explosión , tener de 4 a 5 veces tiempos de vida de ciclo más largos que las baterías de litio , tienen 8 a 10 veces de energía de descarga más alta ( que puede producir una alta corriente instantánea ) que las otras baterías de litio , y tienen una amplia gama de temperaturas de funcionamiento que las otras baterías de litio. El desarrollo de la batería LFP es muy valorada por las empresas , tales como el Departamento de Defensa de los Estados Unidos ( por sus depósitos de híbridos y vehículos Hummer ) , General Motors , Ford Motor , Toyota Motor, etc
Propiedades de la LFP y el desarrollo de la industria [ editar]
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Dicho esto , el mercado de los vehículos híbridos es el determinante . Es la estructura olivino estable y seguro de materiales LFP que hace LFP favorable en las baterías de litio . A diferencia de otros materiales catódicos como Li -Co de estructuras en capas y Li -Mn de las estructuras de espinela , LFP de estructuras de olivino tiene fuertes enlaces covalentes oxígeno y no explota en el cortocircuito de las baterías de litio . Esta característica podría no ser el más importante para otros productos de TI móvil, sino que es para las baterías de litio instaladas en vehículos.
Según las estadísticas de EE.UU. AABC , uno de cada 70.000 vehículos híbridos ( PHEV , HEV , BEV ) con baterías que contienen cobalto o manganeso explotarán si tienen la misma tasa de incidencia como las baterías de litio de los portátiles y los teléfonos celulares . Este número está más allá de la estimación más salvaje de los fabricantes de automóviles . Lo que den la máxima prioridad es la seguridad en lugar de la capacidad. La razón es simple: es demasiado caro para recordar los automóviles, decenas de miles de veces más caro que recordar cuadernos. Por lo tanto , la seguridad tiene que ser sopesado contra la vida de la batería.
Aunque LFP tiene 25 % menos de capacidad que otras baterías de litio debido a su estructura material, tiene 70 % más de rendimiento que la batería de níquel- hidrógeno. Mejora de la capacidad y la estabilidad de LFP dibujan intereses fabricantes de automóviles . Para ellos, la LFP puede satisfacer tanto las exigencias de la seguridad y la vida de la batería. Por lo tanto , los vehículos híbridos son el mercado crítico.
Según las estadísticas, HEV , PHEV y BEV tendrían , en 2008, un mercado de por lo menos 7 cien millones dólares en todo el mundo , y por lo menos 5 millones de dólares USA de 2012. De 2008 a 2015, las ventas de vehículos híbridos en todo el mundo se incrementará en al menos un 12 %. En 2012, las ventas de vehículos híbridos en los EE.UU. superarán los 1.000.000 . La producción de vehículos híbridos en Japón aumentará 6,6 % de 2008 a 2011. Por encima de todo , el mercado de las baterías de vehículos híbridos para expandirá 10,4 % de 2010 a 2015 y los mercados de piezas de vehículos híbridos aumentará 17,4 %.
Además de los vehículos compactos , los fabricantes de autobuses también van a tratar de incorporar baterías LFP en sus productos. BAE ha anunciado que su autobús híbrido Orion HybriDrive 7 utilizará sobre celdas de la batería 180KW LFP . Las plantas de energía también están utilizando LFP ahora . AES en los EE.UU. ha desarrollado varios sistemas de baterías billón de vatios que son capaces de los servicios auxiliares de la red de energía , incluida la capacidad de reserva y el ajuste de la frecuencia.
Un importante competidor para LiFePO4 es espinela de manganeso de litio, que GM ha decidido utilizar para el Chevrolet Volt, un vehículo híbrido de gasolina y electricidad .
Antes de esta nueva generación de materiales se puede utilizar como fuente de alimentación para bicicletas eléctricas , de gas y electricidad de vehículos híbridos y vehículos de automatización allí se encuentra uno gran obstáculo : las patentes. Muchas de las empresas que entraron en el campo en las primeras etapas ya han recibido patentes , lo que puede dar lugar a otras empresas que entran en el mercado en un momento posterior que se ejecuta en problemas legales .
En la actualidad, las patentes fundamentales de los compuestos LFP están en manos de las tres empresas de material profesional : Li1 - xMFePO4 por A123 , LiMPO4 por Phostech y LiFePO4 • zM por Aleees . Y estas patentes se han convertido en las tecnologías de producción de masa muy maduros. La mayor capacidad de producción es de hasta 250 toneladas por mes . La característica clave de Li1 - xMFePO4 de A123 es la nano - LFP , que convierte la LFP originalmente menos conductora en productos comerciales mediante la modificación de sus propiedades físicas y adición de metal noble en el material del ánodo , así como el uso de grafito especial como los cátodos . La característica principal de LiMPO4 de Phostech es el aumento de la capacitancia y la conductividad por recubrimiento de carbono apropiado ; la característica crucial de LiFePO4 • zM de Aleees es la LFP con la alta capacitancia y baja impedancia obtenida por el control estable de las ferritas y el crecimiento de los cristales . Este mejor control se realiza mediante la aplicación de fuertes fuerzas de agitación mecánica a los precursores en estados de alta sobresaturación , que induce la cristalización de los óxidos metálicos y LFP .
Estos avances y el desarrollo rápido de los materiales de base superior , ha llamado la atención de fábricas de baterías de litio y la industria del automóvil . Se ha llevado a algunos a suponer que esta tecnología cuando se aplica a las baterías de litio y vehículos híbridos de gasolina y electricidad dará lugar a un futuro brillante para los vehículos híbridos. Baterías LFP y baterías de litio comunes son a la vez el medio ambiente. Las principales diferencias entre estos dos son que las baterías LFP no tienen este tipo de problemas de seguridad como el sobrecalentamiento y explosión , que las baterías LFP tienen 4 a 5 veces vidas de ciclo más largos que las baterías de litio , que las baterías LFP tienen de 8 a 10 veces más alta de descarga energía que las baterías de litio ( que pueden producir una corriente de alta instantánea) , y que las baterías LFP tienen , en virtud de la misma densidad de energía, del 30 al 50 % menos de peso que las baterías de litio. El desarrollo de baterías LFP es muy valorada en la industria , y ha sido desarrollado por el Departamento de Estados Unidos de los tanques de gas-eléctrico híbrido de Defensa y Hummers , General Motors , Ford Motor, Toyota Motor y así sucesivamente.
Desde el punto de vista del desarrollo, la industria automotriz de EE.UU. estima que para el 2010 , habrá más de cuatro millones de vehículos híbridos de gasolina y electricidad en las carreteras americanas. General Motors de los Estados Unidos ha decidido trabajar hacia la " producción a gran escala de los vehículos eléctricos " para romper el dominio de los fabricantes japoneses . Dado que los consumidores estadounidenses están bajo la presión extremadamente alta de los altos precios del petróleo , la General Motors creen que el futuro mercado de autos debe ser capaz de utilizar todos los tipos de energía , y el coche eléctrico será la clave del éxito . Por lo tanto , en el 2007 North American International Auto Show , GM dio a conocer el Plug- in Hybrid Electric Vehicle ( PHEV ) concept car "Chevrolet Volt Concept" y con el desarrollo del nuevo sistema híbrido de GM (E- FLEX ), una alimentación doméstica ordinaria se pueden conectar al coche para cargar la batería de fosfato de hierro de litio. Cuando el concepto Volt alcanza la producción en masa , cada vehículo será capaz de reducir 500 galones ( 1.900 litros) de consumo de gasolina cada año , y se reducirá la producción de dióxido de carbono por 4.400 kg .
Frente a tal desarrollo fuerte e imparable , algunos bancos industriales , fondos de capital de riesgo y sociedades de inversión , se han centrado en la disposición general sobre las compañías superiores del material de origen. Además de las tres empresas antes mencionadas , además de A123 en los Estados Unidos, ActaCell Inc. acaba de recibir $ 5.8 millones de financiamiento de Google.org , Applied Materials ( AMAT ) Capital de riesgo y otras firmas de capital riesgo. El enfoque principal del ActaCell es llevar a cabo el resultado del estudio de la Universidad de Texas en el mercado. Uno de los primeros innovadores en LFP fue Inanovation , Inc. [ cita requerida ] Inanovation ayudó a desarrollar procesos con Phostech y es una de las pocas empresas de desarrollo de baterías LFP restantes en los Estados Unidos después de las compras de A123 , Altairnano , y la reducción del tamaño de EnerDel . [ cita requerida ] el profesor Arumugam Manthiram ha hecho un estudio a largo plazo del desarrollo de la estructura a base de espinela y materiales superconductores . Se desempeñó como asistente de investigación en la UT , y luego fue ascendido a profesor . En los últimos años , descubrió que al añadir los polímeros conductores caros del fosfato de hierro litio ( LFP ), la capacidad gramos 166Ah / g de fosfato de hierro litio ( LFP ) se puede producir en el laboratorio , y luego se aplica el método de microondas para acelerar el proceso de polvo de cerámica de fosfato de hierro litio ( LFP ) . En cuanto a si o no eludir el fosfato de hierro litio ( LFP ) las patentes de A123 , Aleees y Phostech añadiendo el polímero conductor , no está claro en este momento actual.
Sin embargo , el ritmo de la industria de la fuente inferior no se está desacelerando en absoluto, en Europa, BOSCH comprometido con el público mediante la expansión continua de la automatización y eléctrico alimentado el desarrollo de vehículos en 2008. Algunas personas en Europa creen que las aplicaciones de las tecnologías son muy limitadas. El motor alternativo tradicional todavía puede tener una ventaja de 20 años, pero con el tiempo los vehículos eléctricos del vehículo será capaz de ponerse al día.
BOSCH tiene una orgullosa historia de la investigación y el desarrollo de la tecnología del automóvil , así como su propio departamento de I + D, que como consecuencia de no mirar para comprar la tecnología de otras empresas ha estado ocupado desarrollando su propio freno antibloqueo y ASR sistema de seguimiento de control. Ellos serán rediseñados con un programa de ordenador híbrido de gasolina y electricidad , y se presentarán en el VW Touareg y el Porsche Cayenne Hybrid de BOSCH , que fue lanzado al mercado en 2010 .
BOSCH fue una de las primeras empresas que decidieron centrarse y mantener una vanguardia en la tecnología de combustible . Por último , otros en la industria están empezando a despertar ya que la seguridad del automóvil comienza a preocuparse por la seguridad y ahora que las formas alternativas de energía están comenzando a tratar de ponerse al día. BOSCH cree que necesitan para explorar profundamente el campo de la energía eléctrica, ya que va a ser la tecnología generalizada en todo el mundo .
BOSCH y Corea del Sur SAMSUNG están cooperando para desarrollar baterías de litio y llevar a cabo la producción en masa a un costo de alrededor de $ 4 millones . [ 6 ] A pesar de que se prevé que se tardará alrededor de cuatro a cinco años para pasar a la etapa de madurez , en BOSCH cualquier caso, continuará invirtiendo en este esfuerzo con el fin de mantener su posición como el principal líder en la tecnología del automóvil.
Otra de componentes de automoción ensamblador Europea Continental, anunció que su hierro fosfato de litio ( LFP ) son socios A123 Systems y Johnson Controls- Saft . Continental suministrará las baterías para Mercedes Benz. Para las relaciones con Bosch, que consideren hacerlo ellos mismos o la compra de A123 . Para la seguridad de la cadena de suministro , que compraban acciones de una pequeña fábrica de baterías Enax en Japón , pero la empresa sólo es capaz de producir productos de voltaje pequeños.
GS YUASA en Japón es una empresa creciente que ha anunciado el resultado de su trabajo sobre la aplicación del ánodo de la unidad de batería de gran escala , con su desarrollado independientemente carbono carga de fosfato de hierro litio ( LFP ) . Los resultados de las pruebas para el tamaño externo del cuadrado de 115 mm × 47 mm × 170 mm en forma de " LIM40 " unidad de baterías industriales indicaron que aún con la aprobación de la gestión corriente grande 400A , la capacidad está casi no se reduce . Los productos originales sin el uso de la carga de carbono , tenían una unidad 400A de descarga que en realidad sólo tenía la mitad de la capacidad de una descarga 40A . Además, el producto de prueba se puede utilizar en temperaturas tan bajas como -20 ℃ temperatura .
En China, los dos de gran peso los fabricantes de baterías de litio : BAK y Tianjin Lishen , también anunciaron sus planes de construcción de las fábricas especiales LFP , que tendrán salidas anuales de 20 millones fosfato de hierro de litio baterías ( LFP ) , se completará a finales de 2008 y principios de 2009 , respectivamente . El monto total de la inversión en su construcción es de 600 millones de dólares. En cuanto a las sociedades cooperativas de fuentes superiores, que aún no se han encontrado en el periódico , la especulación es que van a estar cooperando con uno de los tres fosfato de hierro litio ( LFP ) vendedores que tiene una fábrica de producción en Asia.
Como resultado, en 2010 , el panorama de la competencia de fosfato de hierro litio ( LFP ) de la industria en Europa , Asia y los Estados Unidos se está desarrollando. Con el alto nivel de seguridad y estabilidad de fosfato de hierro litio ( LFP ) materiales , el nivel de la tecnología de cada fábrica parece ser menos importante. El único factor decisivo es el precio de mercado . De acuerdo con estimaciones generales , la unión de fosfato de hierro litio ( LFP ) será capaz de bajar el precio de la batería a 0.35 dólares por hora vatios para el año 2010 , será capaz de tomar la iniciativa en el rápido desarrollo de los vehículos híbridos de gasolina y electricidad y el litio bicicletas de la batería , el salir como el ganador final .
Guerras de patentes [ editar]
Profesor Goodenough en UT Austin , quien descubrió LFP de estructuras de olivino hace más de diez años, probablemente no esperaría que un material micro hecha de fosfato de hierro litio ( usado comúnmente en fertilizantes ) podría tener tan enorme desarrollo y rápidamente revolucionar muchas industrias importantes. Este próspero desarrollo también provoca problemas de patentes.
En las demandas por patentes en los EE.UU. en 2005 y 2006 , UT e Hydro -Québec afirmaron que cada batería utilizando LiFePO4 como cátodo y el material del cátodo utilizado en algunas baterías de iones de litio infringido sus patentes , la patente de EE.UU. n º 5.910.382 y 6.514.640 . Los '382 y '640 patentes afirmaron una estructura cristalina especial y una fórmula química del material del cátodo de la batería .
El 7 de abril de 2006, A123 Systems, Inc. (" A123 ") - una empresa que comercializa productos LFP - presentó una demanda para que se declare la inexistencia de infracción y nulidad con respecto a dos patentes, la patente de EE.UU. N º 5.910.382 ( '382 ) y la patente de EE.UU. No. 6, 514,640 ( '640 ), propiedad de la UT. Entretanto A123 también presentó por separado dos procedimientos ex reexamen a instancia de parte ante la Oficina de Patentes y de América (USPTO Marcas de los Estados Unidos) , en el que trataron de invalidar las patentes - en - traje basado en la técnica.
En un proceso judicial paralelo , UT también demandó a Valence Technology , Inc. (" Valencia ") - una empresa que comercializa productos LFP - basado en la violación de sus '382 y '640 patentes.
La USPTO emitió un certificado de reevaluación de la patente '382 , el 15 de abril de 2008 y un certificado de reevaluación de la patente '640 , el 12 de mayo de 2009 por el que se modificaron los reclamos de estas patentes . Esto permite que las demandas por infracción de patentes actuales presentadas por Hydro- Quebec contra Valence y A123 para proceder. Después de una audiencia Markman , el Tribunal de Distrito de Texas Occidental , celebrada el 27 de abril de 2011, que las pretensiones de los '382 y '640 reexaminados patentes tienen un alcance más limitado que lo otorgó originalmente . Lo más probable es influir en el resultado de cualquier futura guerra de patentes LFP involucrando estas patentes .
El 09 de diciembre 2008 , la Oficina Europea de Patentes revoca la patente LiMPO4 del Dr. Goodenough , número de patente 0.904.607 . Esta decisión , básicamente, se reduce el riesgo de la patente de la utilización de fosfato de hierro de litio en el uso del automóvil en Europa. Se cree que la razón de esta decisión debe basarse en la falta de novedad. Mientras UT aún puede apelar la decisión de la OEP , este resultado anima a los fabricantes de vehículos eléctricos a ejercer con tecnologías de baterías de fosfato de hierro de litio en Europa. [ 7 ]
Mientras que la guerra de patentes de fórmulas LFP y estructuras de cristal está todavía en curso , se ha involucrado a muchos famosos fabricantes de baterías de litio , tales como Panasonic, ASEC ( una filial de suministro de energía de Renault Samsung Motors) , Johnson Controls-Saft , Toshiba , Hitachi, Aleees , EnerDel , Altairnano , Mitsui Zosen , LG , Johnson Controls , AESC , Valence, SAFT , ABB, E- uno Moli. Ellos están tratando de ganar esta guerra de patentes LFP . El gobierno de EE.UU. también ha invertido 55.000.000 dólares en el desarrollo de la LFP .
Solución de demanda [ editar]
Debido a que este nuevo material podría hacer una importante contribución de almacenamiento de energía para PHEV , HEV , y BEVs , gran interés se ha desarrollado en su historia de la patente. El primer desafío de productos comerciales es la infracción de patente . Muchas de las empresas pioneras en este campo tienen mapas de patentes exhaustivas y rigurosas de diversas formulaciones de olivino y preparados . Siga las patentes a menudo caen dentro de estos mapas de patentes. El primer caso importante de un asentamiento caro es el pleito entre NTT Japón y la Universidad de Texas - Austin (UT ) . En octubre de 2008 , [ 8 ] NTT anunció que iban a resolver el caso en la Corte Suprema Civil Japón con UT, mediante el pago de UT $ 30 millones . Como parte del acuerdo UT acordó que NTT no robó la información y NTT compartirá las patentes de su NTT de materiales LFP con UT . Patente de NTT es también para un LiFePO4 olivino ( LFP ) , con la fórmula química general de AyMPO4 ( A es de metal alcalino y M para la combinación de Co y Fe . ) . Este compuesto es lo que BYD Company está utilizando ahora . ( BYD ganó la exposición sustancial medios de comunicación tras el anuncio de Warren Buffett de invertir en el proyecto de vehículo híbrido LFP de BYD . ) Aunque químicamente los materiales son casi los mismos , desde el punto de vista de las patentes , AyMPO4 de NTT es diferente de los materiales LiMPO4 iniciales cubiertos por la UT . Una diferencia principal es que el AyMPO4 tiene mayor capacidad que LiMPO4 , aunque desde las patentes eran cuestión de composición a base , las diferencias en el rendimiento no eran totalmente pertinente . En el corazón del caso fue que el ingeniero NTT - Okada Shigeto - que trabajaba en los laboratorios de la UT desarrollar el material - era sospechoso de robar secretos comerciales de UT y las usó cuando regresó a Japón.
Improvement [ editar]
LFP tiene dos deficiencias que inhiben la penetración en el mercado : baja conductividad y baja constante de difusión de litio , los cuales limitan la velocidad a la que las baterías pueden ser cargadas y descargadas. Investigadores de todo el mundo están trabajando en la mejora de la conductividad de LiMPO4 . A123 está trabajando en torno al problema de muy baja conductividad de LFP (10-10 ~ 10-9 S / cm ) de recubrimiento y la sustitución del material y convertir el material en partículas nano . Adición de partículas conductoras en delithiated FePO4 eleva su conductividad electrónica . Por ejemplo , la adición de partículas conductoras con buena capacidad de difusión como el grafito y carbón [ 9 ] para polvos LiMPO4 mejora significativamente la conductividad entre las partículas , aumenta la eficiencia de LiMPO4 y aumenta su capacidad reversible hasta un 95 % de los valores teóricos. LiMPO4 muestra un buen rendimiento de ciclismo incluso bajo la condición de corriente de carga / descarga tan grande como 5C . [ 10 ]
Además , LFP recubrimiento con óxidos inorgánicos puede hacer que la estructura de la LFP más estable y aumentar la conductividad. LiCoO2 tradicional con recubrimiento de óxido muestra un mejor desempeño en bicicleta. Este revestimiento también inhibe la disolución de Co y retarda la descomposición de la capacidad de LiCoO2 . Del mismo modo , LiMPO4 con recubrimiento inorgánico , tales como ZnO [ 11 ] y ZrO2 , [ 12 ] tiene una mejor curso de la vida de ciclo , de mayor capacidad y mejores características en virtud de la condición de una corriente de descarga de gran tamaño. La adición de un carbón conductor en LiMPO4 aumenta la eficiencia de LiMPO4 , también. Mitsui Zosen Japón y Aleees informaron de que la adición de otras partículas de metal conductor, tal como cobre y plata , también aumentó la eficiencia de LiMPO4 . [ 13 ] LiMPO4 con 1 en peso . % De aditivos de metal tiene una capacidad reversible de hasta 140mAh / g y mejores características en virtud de la condición de corriente de descarga de gran tamaño.
Sustitución Metal [ editar]
Sustituyendo otros metales para el hierro o litio en LiMPO4 también puede elevar su eficiencia. A123 y Valence informaron de la sustitución de magnesio, titanio , manganeso , circonio y zinc . Tome la sustitución de zinc , por ejemplo.
La mayoría de las baterías de litio (Li -ion ) utilizado en 3C ( equipo , la comunicación, la electrónica de consumo ) son en su mayoría productos de óxido de cobalto de litio baterías ( LiCoO2 ) . Otras baterías de litio incluyen óxido de manganeso de litio ( LiMn2O4 ) , óxido de níquel y litio ( LiNiO2 ) y fosfato de hierro litio ( LFP ) . Los cátodos de baterías de litio se hacen con los materiales anteriores , y los ánodos están generalmente hechos de carbono .
Evitar el cátodo de óxido de cobalto y litio conduce a un número de ventajas . LiCoO2 es uno de los componentes más caros de las baterías tradicionales li -ion, dando baterías LFP el potencial de convertirse en última instancia mucho más baratos de producir. Fosfato de hierro de litio no tiene carcinogenicidad conocido mientras que el óxido de cobalto de litio lo hace , ya que contiene cobalto, que está catalogado como un posible carcinógeno humano por la IARC . LiCoO2 puede llevar a problemas con el sobrecalentamiento del fugitivo y desgasificación , en particular en forma de paquetes de baterías de polímero de litio , por lo que las baterías que usan más susceptible al fuego que las baterías LFP . Esta ventaja significa que las baterías LFP no necesitan supervisión carga tan intensa como la tradicional li -ion. Sin embargo , las baterías LFP tienden a tener menor (~ 60 %) la densidad de energía en comparación con los tradicionales li -ion.
Contenido [ ocultar ]
1 LiFePO4 introducción
2 Principio
3 Nomenclatura de LiFePO4
4 Invención de LFP
5 Teoría
6 Propiedades físicas y químicas
7 El rápido desarrollo de las industrias del LFP
8 Propiedades de LFP y desarrollo de la industria
9 guerras de patentes
10 solución de demanda
11 Mejoramiento
12 sustitución del metal
13 Mejora de los procesos de síntesis del LFP
14 Referencias
15 Véase también
Introducción LiFePO4 [ editar]
Fosfato de hierro litio ( fórmula molecular es LiFePO4 , también conocido como LFP ) , se utiliza como material de cátodo para baterías de iones de litio ( también llamado batería de fosfato de hierro de litio) . Su característica no incluye elementos nobles como el cobalto , el precio de la materia prima es más baja y fósforo y hierro son abundantes en la Tierra lo que reduce los problemas de disponibilidad de materias primas. La producción anual de carbonato de litio a disposición de la industria del automóvil se estima en sólo 30 000 toneladas en 2015 . [ 2 ] Si bien existe un fosfato de hierro de litio mineral natural de cuestiones ( triphylite ) con la pureza y la estructura del material que sea inadecuado para su uso en baterías .
Principio [ editar]
Las baterías que utilizan este material del cátodo tienen una tensión de servicio moderado ( 3,3 V) , alta capacidad de almacenamiento de energía ( 170 mAh / g), de alta potencia de descarga, carga rápida y largo ciclo de vida , y su estabilidad también es alta cuando se coloca bajo altas temperaturas o en un alto ambiente térmico . Este material catódico aparentemente normal , pero , de hecho, revolucionario y novedoso para las baterías de iones de litio pertenece al grupo de olivino. La etimología de su nombre mineral - triphyllite - es del griego tri (tres) y phyllon (hoja) . Este mineral es de color gris , rojo- gris , marrón o negro . La información detallada de este mineral se puede encontrar en el sitio web [ 1 ] .
Nomenclatura de LiFePO4 [ editar]
La fórmula química correcta de LiFePO4 es LiMPO4 . LiFePO4 tiene una estructura de cristal de olivino . El M de la fórmula química se refiere a cualquier metal , incluyendo Fe, Co , Mn , Ti , etc La primera LiMPO4 comercial fue C/LiFePO4 y por lo tanto , las personas se refieren a todo el grupo de LiMPO4 como el fosfato de litio-hierro , LiFePO4 . Sin embargo , más de un compuestos de olivino , además de LiMPO4 , se pueden utilizar como el material del cátodo de fosfato de litio-hierro . Tales compuestos de olivino como AyMPO4 , Li1 - xMFePO4 , y LiFePO4 -ZM tienen las mismas estructuras cristalinas como LiMPO4 y pueden ser utilizados como el material de cátodo de las baterías de iones de litio . (Todo se puede denominar como " LFP " . )
Invención de la LFP [ editar]
LiFePO4 fue inventado y reportado por Akshaya Padhi del grupo de John Goodenough en la Universidad de Texas en Austin en 1996 [ 3 ] como un excelente candidato para el cátodo de la batería de litio recargable que es barato, no tóxico y ambientalmente benigno . La extracción reversible de litio de LiFePO4 y la inserción de litio en FePO4 se demostró . La posterior investigación y desarrollo en el almacenamiento de energía electroquímica en todo el mundo se ha orientado a la superación de los problemas de procesamiento y de ingeniería que ha llevado a su uso actual LiFePO4 baterías de litio recargables .
Teoría [ editar]
Material del cátodo de este batería de litio de la composición de olivino ya está siendo producido en masa por varios hasta los fabricantes de materiales profesionales de origen. Se espera expandir ampliamente las aplicaciones en el campo de las baterías de litio , y llevarlo a los nuevos campos como las bicicletas eléctricas , vehículos híbridos de gasolina y electricidad y los vehículos de automatización , en Tokio, Japón , un grupo de investigación dirigido por el profesor Atsuo Yamada de Tokio University of Technology, publicó un informe el 11 de agosto de la revista Materiales Naturales de 2008, que incluyó la siguiente declaración : la batería de fosfato de hierro - litio se utiliza como fuente de energía para los coches eléctricos respetuosos del medio ambiente , que tienen grandes perspectivas de futuro . La Universidad de Tecnología de Tokio y el grupo de investigación de la Universidad de North East está liderado por el profesor Atsuo Yamada. El grupo utiliza el hierro fosfato de irradiación de neutrones y , a continuación, se analiza la interacción entre neutrones y los materiales para estudiar el estado de movimiento de iones de litio con fosfato de hierro. Los investigadores llegaron a la conclusión de que en el fosfato de hierro de litio, de iones de litio que se preste conforme con una cierta dirección en línea recta , tiene un patrón de movimiento diferente, con los materiales de los electrodos de iones de litio ya existentes, como el cobalto. Esta es una coincidencia con la teoría asumir original, los resultados del análisis con el uso de difracción de neutrones , confirma que el fosfato de litio-hierro ( fórmula molecular es LiFePO4 , también conocido como LFP) es capaz de garantizar la seguridad de corriente de entrada / salida grande de litio de la batería . [ 4 ]
Propiedades físicas y químicas [ editar]
La fórmula química del fosfato de hierro de litio LiFePO4 es , en el que el litio tiene 1 valencia , hierro tiene valencia +2 y fosfato tiene -3 valencia. El átomo central de hierro junto con sus alrededores 6 átomos de oxígeno forma un octaedro esquina compartida - FeO6 - con el hierro en el centro. El átomo de fósforo de las formas de fosfato con los cuatro átomos de oxígeno de un tetraedro de borde compartido - PO4 - con el fósforo en el centro. Una estructura de tres dimensiones en zigzag se forma por FeO6 octaedros compartiendo esquinas -O común con tetraedros de PO4 . Los iones de litio residen dentro de los canales octaédricos en una estructura en zigzag. En la red , octaedros FeO6 están conectados mediante el intercambio de las esquinas de la cara bc . Grupos LiO6 forman una cadena lineal de borde compartido octaedros paralelo al eje b . A FeO6 acciones octaedro bordes con dos octaedros LiO6 y uno tetraedro PO4 . En cristalografía , se cree que esta estructura para ser el grupo espacial Pmnb del sistema cristalino ortorrómbico . Las constantes de red son: a = 6.008A , b = 10.334A , yc = 4.693A . El volumen de la unidad de celosía es 291,4 A3 . Los fosfatos de cristal estabilizar todo el marco y dan LFP buena estabilidad térmica y excelentes actuaciones de ciclismo.
A diferencia de los dos materiales catódicos tradicionales - LiMnO4 y LiCoO2 , iones de litio de LiMPO4 movimiento en el volumen libre de una sola dimensión de la red . Durante la carga / descarga , los iones de litio se extraen de / inserta en LiMPO4 mientras que los iones de hierro centrales se oxidan / reducida . Este proceso de extracción / inserción es reversible . LiMPO4 tiene , en teoría, una capacidad de carga de 170 mAh / g y un voltaje de circuito abierto estable de 3.45V . A continuación se muestra la reacción de inserción / extracción de los iones de litio : la vida (II ) PO4 <- > Fe ( III) PO4 + Li + e- ( 1 )
La extracción de litio de LiFePO4 produce FePO4 con estructuras similares . FePO4 también tiene un grupo espacial Pmnb . Las constantes de red de FePO4 son a = 5.792A , 9.821A y b = c = 4.788A . El volumen de la unidad de celosía es 272,4 A3 . La extracción de los iones de litio reduce el volumen de celosía , como es el caso de los óxidos de litio . El FeO6 octaedros esquina compartida de LiMPO4 están separados por los átomos de oxígeno del PO43 - tetraedros y no puede formar una red continua FeO6 . Conductividad de electrones se reduce como resultado. Por otro lado, un conjunto hexagonal átomo de oxígeno casi empaquetamiento compacto proporciona un volumen relativamente pequeño libre para el movimiento de iones de litio y por tanto , los iones de litio en la red tienen pequeñas velocidades de migración en el templado ambiente. Durante la carga , los iones de litio y los electrones correspondientes se extraen de la estructura , y se forman una nueva fase de FePO4 y una nueva interfaz de fase . Durante la descarga , los iones de litio y los electrones correspondientes se insertan de nuevo en la estructura y se forma una nueva fase de LiMPO4 fuera de la fase FePO4 . Por lo tanto , los iones de litio de partículas esféricas de cátodo tienen que ir a través de un activo o una transición de fase estructural hacia el exterior , ya sea de extracción o inserción [ 1 ] [ 2 ] . Un paso crítico de carga y descarga es la formación de la interfase entre LixFePO4 y Li1 - xFePO4 . Como la inserción / extracción de iones de litio procede , el área superficial de la interfaz se encoge . Cuando se alcanza un área de superficie crítica , los electrones y los iones de los FePO4 resultantes tienen baja conductividad y estructuras de dos fases se forman . Por lo tanto , LiMPO4 en el centro de la partícula no se consume totalmente , especialmente bajo la condición de corriente de descarga de gran tamaño.
Los iones de litio se mueven en los canales unidimensionales en las estructuras de olivino y tienen altas constantes de difusión . Además , las estructuras de olivino que experimentan múltiples ciclos de carga y descarga se mantienen estables y el átomo de hierro todavía reside en el centro del octaedro . Por lo tanto , poner el límite de la conductividad de electrones a un lado , LiMPO4 es un buen material de cátodo con excelentes actuaciones en bicicleta . [ 5 ] Durante una carga , el átomo de hierro en el centro del octaedro tiene un estado de centrifugado alta.
El rápido desarrollo de las industrias del LFP [ editar]
En la actualidad, las patentes fundamentales de los compuestos LFP están en manos de tres empresas de material profesional : Li1 - xMFePO4 por A123 , LiMPO4 por Phostech y LiFePO4 • zM por Aleees . Estas patentes se han convertido a las tecnologías de producción de masa muy maduros. La mayor capacidad de producción es de hasta 250 toneladas por mes . La característica clave de Li1 - xMFePO4 de A123 es la nano - LFP , que convierte la LFP originalmente menos conductora en productos comerciales mediante la modificación de sus propiedades físicas y la adición de metales nobles en el material del ánodo , así como el uso de grafito especial como los cátodos . La característica principal de LiMPO4 de Phostech es el aumento de la capacitancia y la conductividad por recubrimiento de carbono apropiado ; la característica crucial de LiFePO4 • zM de Aleees es la LFP con una alta capacitancia y baja impedancia obtenida por el control estable de las ferritas y el crecimiento de cristales . Este mejor control se realiza mediante la aplicación de fuertes fuerzas de agitación mecánica a los precursores en estados de alta sobresaturación , que induce la cristalización de los óxidos metálicos y LFP .
Estos avances y el desarrollo rápido de materiales ascendentes han llamado la atención de fábricas de baterías de litio y la industria del automóvil . Se ha impulsado el desarrollo de baterías y vehículos híbridos. Baterías LFP son benignos para el medio ambiente . Las principales ventajas son que las baterías LFP no tienen tales problemas de seguridad como el sobrecalentamiento y explosión , tener de 4 a 5 veces tiempos de vida de ciclo más largos que las baterías de litio , tienen 8 a 10 veces de energía de descarga más alta ( que puede producir una alta corriente instantánea ) que las otras baterías de litio , y tienen una amplia gama de temperaturas de funcionamiento que las otras baterías de litio. El desarrollo de la batería LFP es muy valorada por las empresas , tales como el Departamento de Defensa de los Estados Unidos ( por sus depósitos de híbridos y vehículos Hummer ) , General Motors , Ford Motor , Toyota Motor, etc
Propiedades de la LFP y el desarrollo de la industria [ editar]
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Dicho esto , el mercado de los vehículos híbridos es el determinante . Es la estructura olivino estable y seguro de materiales LFP que hace LFP favorable en las baterías de litio . A diferencia de otros materiales catódicos como Li -Co de estructuras en capas y Li -Mn de las estructuras de espinela , LFP de estructuras de olivino tiene fuertes enlaces covalentes oxígeno y no explota en el cortocircuito de las baterías de litio . Esta característica podría no ser el más importante para otros productos de TI móvil, sino que es para las baterías de litio instaladas en vehículos.
Según las estadísticas de EE.UU. AABC , uno de cada 70.000 vehículos híbridos ( PHEV , HEV , BEV ) con baterías que contienen cobalto o manganeso explotarán si tienen la misma tasa de incidencia como las baterías de litio de los portátiles y los teléfonos celulares . Este número está más allá de la estimación más salvaje de los fabricantes de automóviles . Lo que den la máxima prioridad es la seguridad en lugar de la capacidad. La razón es simple: es demasiado caro para recordar los automóviles, decenas de miles de veces más caro que recordar cuadernos. Por lo tanto , la seguridad tiene que ser sopesado contra la vida de la batería.
Aunque LFP tiene 25 % menos de capacidad que otras baterías de litio debido a su estructura material, tiene 70 % más de rendimiento que la batería de níquel- hidrógeno. Mejora de la capacidad y la estabilidad de LFP dibujan intereses fabricantes de automóviles . Para ellos, la LFP puede satisfacer tanto las exigencias de la seguridad y la vida de la batería. Por lo tanto , los vehículos híbridos son el mercado crítico.
Según las estadísticas, HEV , PHEV y BEV tendrían , en 2008, un mercado de por lo menos 7 cien millones dólares en todo el mundo , y por lo menos 5 millones de dólares USA de 2012. De 2008 a 2015, las ventas de vehículos híbridos en todo el mundo se incrementará en al menos un 12 %. En 2012, las ventas de vehículos híbridos en los EE.UU. superarán los 1.000.000 . La producción de vehículos híbridos en Japón aumentará 6,6 % de 2008 a 2011. Por encima de todo , el mercado de las baterías de vehículos híbridos para expandirá 10,4 % de 2010 a 2015 y los mercados de piezas de vehículos híbridos aumentará 17,4 %.
Además de los vehículos compactos , los fabricantes de autobuses también van a tratar de incorporar baterías LFP en sus productos. BAE ha anunciado que su autobús híbrido Orion HybriDrive 7 utilizará sobre celdas de la batería 180KW LFP . Las plantas de energía también están utilizando LFP ahora . AES en los EE.UU. ha desarrollado varios sistemas de baterías billón de vatios que son capaces de los servicios auxiliares de la red de energía , incluida la capacidad de reserva y el ajuste de la frecuencia.
Un importante competidor para LiFePO4 es espinela de manganeso de litio, que GM ha decidido utilizar para el Chevrolet Volt, un vehículo híbrido de gasolina y electricidad .
Antes de esta nueva generación de materiales se puede utilizar como fuente de alimentación para bicicletas eléctricas , de gas y electricidad de vehículos híbridos y vehículos de automatización allí se encuentra uno gran obstáculo : las patentes. Muchas de las empresas que entraron en el campo en las primeras etapas ya han recibido patentes , lo que puede dar lugar a otras empresas que entran en el mercado en un momento posterior que se ejecuta en problemas legales .
En la actualidad, las patentes fundamentales de los compuestos LFP están en manos de las tres empresas de material profesional : Li1 - xMFePO4 por A123 , LiMPO4 por Phostech y LiFePO4 • zM por Aleees . Y estas patentes se han convertido en las tecnologías de producción de masa muy maduros. La mayor capacidad de producción es de hasta 250 toneladas por mes . La característica clave de Li1 - xMFePO4 de A123 es la nano - LFP , que convierte la LFP originalmente menos conductora en productos comerciales mediante la modificación de sus propiedades físicas y adición de metal noble en el material del ánodo , así como el uso de grafito especial como los cátodos . La característica principal de LiMPO4 de Phostech es el aumento de la capacitancia y la conductividad por recubrimiento de carbono apropiado ; la característica crucial de LiFePO4 • zM de Aleees es la LFP con la alta capacitancia y baja impedancia obtenida por el control estable de las ferritas y el crecimiento de los cristales . Este mejor control se realiza mediante la aplicación de fuertes fuerzas de agitación mecánica a los precursores en estados de alta sobresaturación , que induce la cristalización de los óxidos metálicos y LFP .
Estos avances y el desarrollo rápido de los materiales de base superior , ha llamado la atención de fábricas de baterías de litio y la industria del automóvil . Se ha llevado a algunos a suponer que esta tecnología cuando se aplica a las baterías de litio y vehículos híbridos de gasolina y electricidad dará lugar a un futuro brillante para los vehículos híbridos. Baterías LFP y baterías de litio comunes son a la vez el medio ambiente. Las principales diferencias entre estos dos son que las baterías LFP no tienen este tipo de problemas de seguridad como el sobrecalentamiento y explosión , que las baterías LFP tienen 4 a 5 veces vidas de ciclo más largos que las baterías de litio , que las baterías LFP tienen de 8 a 10 veces más alta de descarga energía que las baterías de litio ( que pueden producir una corriente de alta instantánea) , y que las baterías LFP tienen , en virtud de la misma densidad de energía, del 30 al 50 % menos de peso que las baterías de litio. El desarrollo de baterías LFP es muy valorada en la industria , y ha sido desarrollado por el Departamento de Estados Unidos de los tanques de gas-eléctrico híbrido de Defensa y Hummers , General Motors , Ford Motor, Toyota Motor y así sucesivamente.
Desde el punto de vista del desarrollo, la industria automotriz de EE.UU. estima que para el 2010 , habrá más de cuatro millones de vehículos híbridos de gasolina y electricidad en las carreteras americanas. General Motors de los Estados Unidos ha decidido trabajar hacia la " producción a gran escala de los vehículos eléctricos " para romper el dominio de los fabricantes japoneses . Dado que los consumidores estadounidenses están bajo la presión extremadamente alta de los altos precios del petróleo , la General Motors creen que el futuro mercado de autos debe ser capaz de utilizar todos los tipos de energía , y el coche eléctrico será la clave del éxito . Por lo tanto , en el 2007 North American International Auto Show , GM dio a conocer el Plug- in Hybrid Electric Vehicle ( PHEV ) concept car "Chevrolet Volt Concept" y con el desarrollo del nuevo sistema híbrido de GM (E- FLEX ), una alimentación doméstica ordinaria se pueden conectar al coche para cargar la batería de fosfato de hierro de litio. Cuando el concepto Volt alcanza la producción en masa , cada vehículo será capaz de reducir 500 galones ( 1.900 litros) de consumo de gasolina cada año , y se reducirá la producción de dióxido de carbono por 4.400 kg .
Frente a tal desarrollo fuerte e imparable , algunos bancos industriales , fondos de capital de riesgo y sociedades de inversión , se han centrado en la disposición general sobre las compañías superiores del material de origen. Además de las tres empresas antes mencionadas , además de A123 en los Estados Unidos, ActaCell Inc. acaba de recibir $ 5.8 millones de financiamiento de Google.org , Applied Materials ( AMAT ) Capital de riesgo y otras firmas de capital riesgo. El enfoque principal del ActaCell es llevar a cabo el resultado del estudio de la Universidad de Texas en el mercado. Uno de los primeros innovadores en LFP fue Inanovation , Inc. [ cita requerida ] Inanovation ayudó a desarrollar procesos con Phostech y es una de las pocas empresas de desarrollo de baterías LFP restantes en los Estados Unidos después de las compras de A123 , Altairnano , y la reducción del tamaño de EnerDel . [ cita requerida ] el profesor Arumugam Manthiram ha hecho un estudio a largo plazo del desarrollo de la estructura a base de espinela y materiales superconductores . Se desempeñó como asistente de investigación en la UT , y luego fue ascendido a profesor . En los últimos años , descubrió que al añadir los polímeros conductores caros del fosfato de hierro litio ( LFP ), la capacidad gramos 166Ah / g de fosfato de hierro litio ( LFP ) se puede producir en el laboratorio , y luego se aplica el método de microondas para acelerar el proceso de polvo de cerámica de fosfato de hierro litio ( LFP ) . En cuanto a si o no eludir el fosfato de hierro litio ( LFP ) las patentes de A123 , Aleees y Phostech añadiendo el polímero conductor , no está claro en este momento actual.
Sin embargo , el ritmo de la industria de la fuente inferior no se está desacelerando en absoluto, en Europa, BOSCH comprometido con el público mediante la expansión continua de la automatización y eléctrico alimentado el desarrollo de vehículos en 2008. Algunas personas en Europa creen que las aplicaciones de las tecnologías son muy limitadas. El motor alternativo tradicional todavía puede tener una ventaja de 20 años, pero con el tiempo los vehículos eléctricos del vehículo será capaz de ponerse al día.
BOSCH tiene una orgullosa historia de la investigación y el desarrollo de la tecnología del automóvil , así como su propio departamento de I + D, que como consecuencia de no mirar para comprar la tecnología de otras empresas ha estado ocupado desarrollando su propio freno antibloqueo y ASR sistema de seguimiento de control. Ellos serán rediseñados con un programa de ordenador híbrido de gasolina y electricidad , y se presentarán en el VW Touareg y el Porsche Cayenne Hybrid de BOSCH , que fue lanzado al mercado en 2010 .
BOSCH fue una de las primeras empresas que decidieron centrarse y mantener una vanguardia en la tecnología de combustible . Por último , otros en la industria están empezando a despertar ya que la seguridad del automóvil comienza a preocuparse por la seguridad y ahora que las formas alternativas de energía están comenzando a tratar de ponerse al día. BOSCH cree que necesitan para explorar profundamente el campo de la energía eléctrica, ya que va a ser la tecnología generalizada en todo el mundo .
BOSCH y Corea del Sur SAMSUNG están cooperando para desarrollar baterías de litio y llevar a cabo la producción en masa a un costo de alrededor de $ 4 millones . [ 6 ] A pesar de que se prevé que se tardará alrededor de cuatro a cinco años para pasar a la etapa de madurez , en BOSCH cualquier caso, continuará invirtiendo en este esfuerzo con el fin de mantener su posición como el principal líder en la tecnología del automóvil.
Otra de componentes de automoción ensamblador Europea Continental, anunció que su hierro fosfato de litio ( LFP ) son socios A123 Systems y Johnson Controls- Saft . Continental suministrará las baterías para Mercedes Benz. Para las relaciones con Bosch, que consideren hacerlo ellos mismos o la compra de A123 . Para la seguridad de la cadena de suministro , que compraban acciones de una pequeña fábrica de baterías Enax en Japón , pero la empresa sólo es capaz de producir productos de voltaje pequeños.
GS YUASA en Japón es una empresa creciente que ha anunciado el resultado de su trabajo sobre la aplicación del ánodo de la unidad de batería de gran escala , con su desarrollado independientemente carbono carga de fosfato de hierro litio ( LFP ) . Los resultados de las pruebas para el tamaño externo del cuadrado de 115 mm × 47 mm × 170 mm en forma de " LIM40 " unidad de baterías industriales indicaron que aún con la aprobación de la gestión corriente grande 400A , la capacidad está casi no se reduce . Los productos originales sin el uso de la carga de carbono , tenían una unidad 400A de descarga que en realidad sólo tenía la mitad de la capacidad de una descarga 40A . Además, el producto de prueba se puede utilizar en temperaturas tan bajas como -20 ℃ temperatura .
En China, los dos de gran peso los fabricantes de baterías de litio : BAK y Tianjin Lishen , también anunciaron sus planes de construcción de las fábricas especiales LFP , que tendrán salidas anuales de 20 millones fosfato de hierro de litio baterías ( LFP ) , se completará a finales de 2008 y principios de 2009 , respectivamente . El monto total de la inversión en su construcción es de 600 millones de dólares. En cuanto a las sociedades cooperativas de fuentes superiores, que aún no se han encontrado en el periódico , la especulación es que van a estar cooperando con uno de los tres fosfato de hierro litio ( LFP ) vendedores que tiene una fábrica de producción en Asia.
Como resultado, en 2010 , el panorama de la competencia de fosfato de hierro litio ( LFP ) de la industria en Europa , Asia y los Estados Unidos se está desarrollando. Con el alto nivel de seguridad y estabilidad de fosfato de hierro litio ( LFP ) materiales , el nivel de la tecnología de cada fábrica parece ser menos importante. El único factor decisivo es el precio de mercado . De acuerdo con estimaciones generales , la unión de fosfato de hierro litio ( LFP ) será capaz de bajar el precio de la batería a 0.35 dólares por hora vatios para el año 2010 , será capaz de tomar la iniciativa en el rápido desarrollo de los vehículos híbridos de gasolina y electricidad y el litio bicicletas de la batería , el salir como el ganador final .
Guerras de patentes [ editar]
Profesor Goodenough en UT Austin , quien descubrió LFP de estructuras de olivino hace más de diez años, probablemente no esperaría que un material micro hecha de fosfato de hierro litio ( usado comúnmente en fertilizantes ) podría tener tan enorme desarrollo y rápidamente revolucionar muchas industrias importantes. Este próspero desarrollo también provoca problemas de patentes.
En las demandas por patentes en los EE.UU. en 2005 y 2006 , UT e Hydro -Québec afirmaron que cada batería utilizando LiFePO4 como cátodo y el material del cátodo utilizado en algunas baterías de iones de litio infringido sus patentes , la patente de EE.UU. n º 5.910.382 y 6.514.640 . Los '382 y '640 patentes afirmaron una estructura cristalina especial y una fórmula química del material del cátodo de la batería .
El 7 de abril de 2006, A123 Systems, Inc. (" A123 ") - una empresa que comercializa productos LFP - presentó una demanda para que se declare la inexistencia de infracción y nulidad con respecto a dos patentes, la patente de EE.UU. N º 5.910.382 ( '382 ) y la patente de EE.UU. No. 6, 514,640 ( '640 ), propiedad de la UT. Entretanto A123 también presentó por separado dos procedimientos ex reexamen a instancia de parte ante la Oficina de Patentes y de América (USPTO Marcas de los Estados Unidos) , en el que trataron de invalidar las patentes - en - traje basado en la técnica.
En un proceso judicial paralelo , UT también demandó a Valence Technology , Inc. (" Valencia ") - una empresa que comercializa productos LFP - basado en la violación de sus '382 y '640 patentes.
La USPTO emitió un certificado de reevaluación de la patente '382 , el 15 de abril de 2008 y un certificado de reevaluación de la patente '640 , el 12 de mayo de 2009 por el que se modificaron los reclamos de estas patentes . Esto permite que las demandas por infracción de patentes actuales presentadas por Hydro- Quebec contra Valence y A123 para proceder. Después de una audiencia Markman , el Tribunal de Distrito de Texas Occidental , celebrada el 27 de abril de 2011, que las pretensiones de los '382 y '640 reexaminados patentes tienen un alcance más limitado que lo otorgó originalmente . Lo más probable es influir en el resultado de cualquier futura guerra de patentes LFP involucrando estas patentes .
El 09 de diciembre 2008 , la Oficina Europea de Patentes revoca la patente LiMPO4 del Dr. Goodenough , número de patente 0.904.607 . Esta decisión , básicamente, se reduce el riesgo de la patente de la utilización de fosfato de hierro de litio en el uso del automóvil en Europa. Se cree que la razón de esta decisión debe basarse en la falta de novedad. Mientras UT aún puede apelar la decisión de la OEP , este resultado anima a los fabricantes de vehículos eléctricos a ejercer con tecnologías de baterías de fosfato de hierro de litio en Europa. [ 7 ]
Mientras que la guerra de patentes de fórmulas LFP y estructuras de cristal está todavía en curso , se ha involucrado a muchos famosos fabricantes de baterías de litio , tales como Panasonic, ASEC ( una filial de suministro de energía de Renault Samsung Motors) , Johnson Controls-Saft , Toshiba , Hitachi, Aleees , EnerDel , Altairnano , Mitsui Zosen , LG , Johnson Controls , AESC , Valence, SAFT , ABB, E- uno Moli. Ellos están tratando de ganar esta guerra de patentes LFP . El gobierno de EE.UU. también ha invertido 55.000.000 dólares en el desarrollo de la LFP .
Solución de demanda [ editar]
Debido a que este nuevo material podría hacer una importante contribución de almacenamiento de energía para PHEV , HEV , y BEVs , gran interés se ha desarrollado en su historia de la patente. El primer desafío de productos comerciales es la infracción de patente . Muchas de las empresas pioneras en este campo tienen mapas de patentes exhaustivas y rigurosas de diversas formulaciones de olivino y preparados . Siga las patentes a menudo caen dentro de estos mapas de patentes. El primer caso importante de un asentamiento caro es el pleito entre NTT Japón y la Universidad de Texas - Austin (UT ) . En octubre de 2008 , [ 8 ] NTT anunció que iban a resolver el caso en la Corte Suprema Civil Japón con UT, mediante el pago de UT $ 30 millones . Como parte del acuerdo UT acordó que NTT no robó la información y NTT compartirá las patentes de su NTT de materiales LFP con UT . Patente de NTT es también para un LiFePO4 olivino ( LFP ) , con la fórmula química general de AyMPO4 ( A es de metal alcalino y M para la combinación de Co y Fe . ) . Este compuesto es lo que BYD Company está utilizando ahora . ( BYD ganó la exposición sustancial medios de comunicación tras el anuncio de Warren Buffett de invertir en el proyecto de vehículo híbrido LFP de BYD . ) Aunque químicamente los materiales son casi los mismos , desde el punto de vista de las patentes , AyMPO4 de NTT es diferente de los materiales LiMPO4 iniciales cubiertos por la UT . Una diferencia principal es que el AyMPO4 tiene mayor capacidad que LiMPO4 , aunque desde las patentes eran cuestión de composición a base , las diferencias en el rendimiento no eran totalmente pertinente . En el corazón del caso fue que el ingeniero NTT - Okada Shigeto - que trabajaba en los laboratorios de la UT desarrollar el material - era sospechoso de robar secretos comerciales de UT y las usó cuando regresó a Japón.
Improvement [ editar]
LFP tiene dos deficiencias que inhiben la penetración en el mercado : baja conductividad y baja constante de difusión de litio , los cuales limitan la velocidad a la que las baterías pueden ser cargadas y descargadas. Investigadores de todo el mundo están trabajando en la mejora de la conductividad de LiMPO4 . A123 está trabajando en torno al problema de muy baja conductividad de LFP (10-10 ~ 10-9 S / cm ) de recubrimiento y la sustitución del material y convertir el material en partículas nano . Adición de partículas conductoras en delithiated FePO4 eleva su conductividad electrónica . Por ejemplo , la adición de partículas conductoras con buena capacidad de difusión como el grafito y carbón [ 9 ] para polvos LiMPO4 mejora significativamente la conductividad entre las partículas , aumenta la eficiencia de LiMPO4 y aumenta su capacidad reversible hasta un 95 % de los valores teóricos. LiMPO4 muestra un buen rendimiento de ciclismo incluso bajo la condición de corriente de carga / descarga tan grande como 5C . [ 10 ]
Además , LFP recubrimiento con óxidos inorgánicos puede hacer que la estructura de la LFP más estable y aumentar la conductividad. LiCoO2 tradicional con recubrimiento de óxido muestra un mejor desempeño en bicicleta. Este revestimiento también inhibe la disolución de Co y retarda la descomposición de la capacidad de LiCoO2 . Del mismo modo , LiMPO4 con recubrimiento inorgánico , tales como ZnO [ 11 ] y ZrO2 , [ 12 ] tiene una mejor curso de la vida de ciclo , de mayor capacidad y mejores características en virtud de la condición de una corriente de descarga de gran tamaño. La adición de un carbón conductor en LiMPO4 aumenta la eficiencia de LiMPO4 , también. Mitsui Zosen Japón y Aleees informaron de que la adición de otras partículas de metal conductor, tal como cobre y plata , también aumentó la eficiencia de LiMPO4 . [ 13 ] LiMPO4 con 1 en peso . % De aditivos de metal tiene una capacidad reversible de hasta 140mAh / g y mejores características en virtud de la condición de corriente de descarga de gran tamaño.
Sustitución Metal [ editar]
Sustituyendo otros metales para el hierro o litio en LiMPO4 también puede elevar su eficiencia. A123 y Valence informaron de la sustitución de magnesio, titanio , manganeso , circonio y zinc . Tome la sustitución de zinc , por ejemplo.
