باتارېيەنىڭ ئىنكاس مېخانىزمى نېمە؟

باتارېيەنىڭ ئىنكاس مېخانىزمى نېمە؟

ھازىر ، LiFePO₄ نىڭ سانائەتتىكى ئېلېكتىرو خىمىيىلىك رېئاكسىيە مېخانىزمى ھەققىدە توغرا ۋە ئىزچىل چۈشەنچە يوق. بىرىكمە ئانون (PO₄) iron نىڭ ئىشلىتىلىشى لىتىي {{2} ion ئىئونلۇق باتارېيە كاتودىغا نىسبەتەن كۆڭۈلدىكىدەك كاندىدات ماتېرىيالنى ھاسىل قىلىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن ، LiFePO₄ نىڭ خرۇستال قۇرۇلمىسى ئۇنىڭ ئۆتكۈزۈشچانلىقى ۋە لىتىي - ئىئون تارقىتىش ئىقتىدارىنى چەكلەپ ، ماتېرىيالنىڭ ئېلېكتىرو خىمىيىلىك ئىقتىدارىنىڭ تۆۋەنلىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ. قاتلاملىق ماتېرىياللارغا ئوخشىمايدىغىنى ، LiMPO₄ نىڭ توك قاچىلاش - قويۇپ بېرىش ئەگرى سىزىقى ئادەتتە ناھايىتى تەكشى تۈزلەڭلىككە ئىگە ، بۇ ئىككى - باسقۇچلۇق رېئاكسىيەنىڭ تىپىك ئالاھىدىلىكى ، يەنى لىتىي {{8} ion ئىئون ئارىلىشىش / ئايرىۋېتىش جەريانىدا LiMPO₄ بىلەن MPO₄ ئوتتۇرىسىدىكى فازا ئۆتۈش جەريانى يۈز بېرىدۇ.

LiFePO4 باتارېيەگە توك قاچىلاش ۋە قويۇپ بېرىش جەريانىدا ئىككى - باسقۇچلۇق ئىنكاس قايتۇرۇش مېخانىزمىنى باشتىن كەچۈردى.

Reaction mechanism model

توك قاچىلاش جەريانىدا ، لىچ FeO₆ قەۋىتىدىن كۆچۈپ ، ئېلېكترولىتتىن ئۆتۈپ ، مەنپىي ئېلېكترودقا كىرىدۇ. Fe²⁺ ئوكسىدلانغان بولۇپ ، ئېلېكترونلار سىرتقى توك يولىدىن مەنپىي ئېلېكتر قۇتۇبىغا ئالاقىلىشىش ئۆتكۈزگۈچ ۋە نۆۋەتتىكى يىغىپ ساقلىغۇچى ئارقىلىق سەپەر قىلىدۇ. قويۇپ بېرىش جەريانى ئەكسىچە.

بۇ ئىككى - باسقۇچلۇق ھەرىكەتنى تەسۋىرلەش ئۈچۈن ، Padhi ۋە Goodenough قاتارلىقلار. ئالدى بىلەن «يادرولۇق - قېپى مودېلى» نى ئوتتۇرىغا قويدى ، بۇ لىتىي - ئىئون ئارىلىشىش / ئايرىش جەريانى LiFePO₄ / FePO₄ ئىككى - باسقۇچلۇق كۆرۈنمە يۈزىدە كۆرۈلىدۇ ، 4-3a رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك.

توك قاچىلاش جەريانىدا ، LiFePO₄ / FePO₄ كۆرۈنمە يۈزى توختىماستىن يەر يۈزىدىن مەركەزگە قاراپ يۆتكىلىپ ، يادروغا قاراپ ئىلگىرىلەيدۇ. لىچ توختىماستىن سىرتقا كۆچۈپ كېلىدۇ ، تاشقى LiFePO₄ ئۇدا FePO₄ غا ئۆزگىرىدۇ. لىتىي ئىئونى ۋە ئېلېكترونلار يېڭى شەكىللەنگەن ئىككى - باسقۇچلۇق كۆرۈنمە يۈزىدىن ئۈزلۈكسىز ئۆتۈپ ، ئۈنۈملۈك توكنى ساقلايدۇ ، ئەمما لىتىي - ئىئون تارقىلىش نىسبىتى مەلۇم شارائىتتا تۇراقلىق بولىدۇ. ئىككى باسقۇچنىڭ كۆرۈنمە يۈزى كىچىكلىسە ، لىتىي ئىئونىنىڭ تارقىلىشى ئاخىرىدا ئۈنۈملۈك توكنى ساقلاپ قېلىشقا يەتمەيدۇ. زەررىچە يادروسىدىكى LiFePO₄ تولۇق ئىشلىتىلمەيدۇ ، نەتىجىدە ئىقتىدار يوقىلىدۇ. توك قاچىلاش تاماملانغاندىن كېيىن ، ئىشلىتىلمىگەن LiFePO₄ زەررىچىنىڭ مەركىزىدە قالىدۇ.

لىتىي ئىئونىنىڭ بىرلا ۋاقىتتا كۆپ بېكەتلەردە ئۆز-ئارا گىرەلىشىپ ۋە ئۆز-ئارا ماسلىشالايدىغانلىقىنى ئويلاشقاندا ، ئاندېرسون قاتارلىقلار. 4 - 3b رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك ، موزايكا مودېلىنى دەسلەپكى سىغىمچانلىقىنى چۈشەندۈرۈشنى ئوتتۇرىغا قويدى. موزايكا مودېلىنىڭ كۆرسىتىشىچە ، گەرچە لىتىي ئىئونىنىڭ ئارىلىشىش ۋە ئايرىش جەريانى LiFePO₄ / FePO₄ ئىككى - باسقۇچلۇق كۆرۈنمە يۈزىدە بولسىمۇ ، ئەمما بۇ جەريان زەررىچە ئىچىدىكى ھەر قانداق جايدا يۈز بېرىشى مۇمكىن. توك قاچىلاش جەريانىدا ، FePO₄ رايونى زەررىچىنىڭ ئوخشىمىغان نۇقتىلىرىدا چوڭىيىدۇ ، بۇ رايونلارنىڭ گىرۋەكلىرى ئۆز-ئارا گىرەلىشىپ ، نۇرغۇن ئەسلىگە كەلتۈرگىلى بولمايدىغان ئۆلۈك رايونلارنى بارلىققا كەلتۈرىدۇ ، بۇنىڭ بىلەن سىغىمچانلىقى تۆۋەنلەيدۇ. قويۇپ بېرىش جەريانىدا ، تەتۈر ئىنكاس پەيدا بولىدۇ ، لىتىي ئىئونلىرى FePO₄ باسقۇچىغا كىرىدۇ. يادرودىكى لىتىي ئىئونلىرى ئۆز-ئارا مۇناسىۋەتلىك بولمىغان قىسمى ئىقتىدارنى يوقىتىدۇ.

Figure 4-3 Lithium-ion intercalation/deintercalation model of lithium iron phosphate battery

ئىككى نەزەرىيىۋى مودېل بىرلا ۋاقىتتا بارلىققا كەلگەن ، ئەمما يادرولۇق - قېپى مودېلى تەتقىقاتچىلار تەرىپىدىن تېخىمۇ كەڭ ئېتىراپ قىلىنغان ، گەرچە قېپى ۋە يادرونىڭ كونكرېت ماتېرىياللىرى يەنىلا تالاش-تارتىشتا. بۇ ئىككى خىل مودېلغا ئاساسەن ، لىتىي ئىئونى ۋە زەرەتنىڭ تارقىلىش ھەرىكەتلىرى پۈتكۈل ئېلېكترود ماتېرىياللىرىنى ئەمەلىي قوللىنىشتىكى ھەل قىلغۇچ ئامىل دەپ يەكۈن چىقارغىلى بولىدۇ. لىتىي تۆمۈر فوسفات كاتود ماتېرىياللىرىنى تەييارلاشتا ، كاربون سىر (نانو كاربون پىلاستىنكىسى) ۋە ئىئون دوپپىدىن پايدىلىنىپ ، كىچىك ۋە بىردەك زەررىچە چوڭلۇقتىكى زەررىچىلەرگە ئېرىشىش ئۈچۈن تىرىشچانلىق كۆرسىتىلىدۇ.

LiMPO ماتېرىياللىرىنى تېخىمۇ چوڭقۇر چۈشىنىش ئارقىلىق ، بۇ ئىككى مودېلنىڭ LiMPO ماتېرىياللىرىدىكى لىتىي ئىئون ترانسپورتىنىڭ يۇقىرى ئانسوتروپىك ئالاھىدىلىكىگە سەل قارايدىغانلىقى بايقالدى. لافونت «يادرولۇق - قېپى مودېلى» نىڭ كەمچىلىكىنى تۈزىتىش ئۈچۈن «يېڭى يادرولۇق - قېپى مودېلى» نى ئوتتۇرىغا قويدى. مۇشۇنىڭغا ئاساسەن ، دېلماس ئوخشىمىغان خورىتىش ھالىتىدىكى LiFePO زەررىچىلىرىنى تەتقىق قىلىپ ، «دومىنو - كاسكاد مودېلى» نى ئوتتۇرىغا قويدى ، بۇ نانوسكولى زەررىچىلىرىنىڭ تېز توك قاچىلاش ۋە قويۇپ بېرىش ئۈنۈمىنى 4-4-رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك ئۈنۈملۈك چۈشەندۈرۈپ بېرىدۇ.

يۇقىرىدا تىلغا ئېلىنغان مودېللار ئوتتۇرىسىدا كۆرۈنەرلىك پەرق بولسىمۇ ، يادرولۇق مەسىلە ئىككى - باسقۇچلۇق كۆرۈنمە يۈزىنىڭ ئالدىن پەرەز ۋە خاراكتېرىدە. لىتىي قىستۇرۇش / ئېلىش ۋە فازا ئۆتكۈنچىسىنىڭ ھەرىكەتچانلىقى ماتېرىيالنىڭ زەررىچە چوڭلۇقى ، مورفولوگىيىسى ۋە فىزىكا-خىمىيىلىك خۇسۇسىيىتىگە باغلىق بولغاچقا ، يۇقىرىدىكى مۇلاھىزىلەر (مودېللار ئوتتۇرىسىدىكى زىددىيەتنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ) تەجرىبە شارائىتىنىڭ يېتەرلىك بولماسلىقىدىن بولۇشى مۇمكىن.

مىكروسكوپ ۋە سپېكتروسكوپنىڭ تەرەققىي قىلىشىغا ئەگىشىپ ، LiMPO4 ماتېرىياللىرىنىڭ باسقۇچلۇق يۆتكىلىشى جەريانىدا قاتتىق ھەل قىلىش رېئاكسىيەسى ۋە ئوتتۇرا باسقۇچلار بايقالغان ۋە بايقالغان ، بۇ LiMPO4 ماتېرىياللىرىدا يەنە بىر باسقۇچلۇق ئۆتكۈنچى مېخانىزىمنىڭ مەۋجۇت بولىدىغانلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. تىپىك قاتتىق ھەل قىلىش رېئاكسىيەسىدە ، ھۈجەيرە پارامېتىرلىرى ۋە ھۈجەيرە ھەجىمى فازا ئۆتۈش جەريانىدا ئۇدا ئۆزگىرىشلەرنى كۆرسىتىدۇ. ئۇلترا - كىچىك زەررىچىلەر (نانوسكولى) ۋە يۇقىرى - توك ھەققى - قويۇپ بېرىش (10C دىن يۇقىرى) قاتارلىق بىر قىسىم چېكىدىن ئاشقان سىناق شەرتلىرى ۋە خاراكتېر ئۇسۇلى ئارقىلىق ، LiMPO4 دە قاتتىق ھەل قىلىش ئىنكاسى ۋە ئوتتۇرا باسقۇچلارنىڭ مەۋجۇتلۇقى كۆرۈلگەن.

ئۆي تېمپېراتۇرىسىدىكى charge {0} charge توك قاچىلاش جەريانىدىكى باسقۇچلۇق ئۆتكۈنچى باسقۇچ. لىتىي {{2} ion ئىئون باتارېيەسى توك قاچىلاش - قويۇپ بېرىش دەۋرىدە ياخشى بۇرۇلۇش ھاسىل قىلىدۇ ، بۇ لىتىي - ئىئوننى ئايرىش / ئۆز-ئارا تەسىر كۆرسەتكەندىن كېيىنكى فازا ھالىتى ئوتتۇرىسىدىكى قۇرۇلما ئوخشاشلىقى بىلەن مۇناسىۋەتلىك. توك قاچىلاش - قويۇپ بېرىش جەريانىدا ، باتارېيەنىڭ سىغىمى فازا ئۆتكۈنچى ھەرىكەت بىلەن زىچ مۇناسىۋەتلىك. LiFePO4 نىڭ قۇرۇلمىسىغا ئاساسەن ، [100] pmnb يۆنىلىشى لىتىي - ئىئون كۆچۈشىگە ئەڭ پايدىلىق ، توك قاچىلاش جەريانىدا - ئوق چىقىرىش جەريانىدا ئىككى باسقۇچ ئوتتۇرىسىدىكى كۆرۈنۈش c - ئوقنى بويلاپ ھەرىكەت قىلىدۇ.

(1) LiFePO₄ / FePO₄The ratio of LiFePO₄/FePO₄ changes continuously with the battery charge-discharge reaction (the value of x in LiₓFePO₄ changes continuously). As lithium ions are extracted, the intensity of the diffraction peak produced by LiFePO₄ gradually decreases. When δ>0.2 ، Li₁₋δFePO₄ نىڭ دىففراكسىيە چوققىسى يوقىلىشقا باشلايدۇ ، FePO₄ ئىشلەپچىقارغان دىففراكسىيە چوققىسىنىڭ كۈچلۈكلىكى تەدرىجىي ئاشىدۇ. ئەكسىچە ، لىتىي ئىئونى قىستۇرۇلغاندا ، FePO₄ ئىشلەپچىقارغان دىففراكسىيە چوققىسىنىڭ كۈچلۈكلىكى تەدرىجىي تۆۋەنلەيدۇ ، Li₁₋δFePO₄ ئىشلەپچىقارغان دىففراكسىيە چوققىسىنىڭ كۈچلۈكلىكى تەدرىجىي ئاشىدۇ.

(2) LiₓFePO₄ / Li₁₋yFePO₄ئۆي تېمپېراتۇرىسىدىكى LiₓFePO₄ Fe³⁺ / Fe²⁺ ئارىلاشتۇرۇلغان - ۋالېنس مېسوفاسى LiₐFePO₄ / Li₁₋ FePO₄ نىڭ ئارىلاشمىسى. ھەمدە توك قاچىلاش ۋە قويۇپ بېرىش جەريانىدا توشۇغۇچىنىڭ زىچلىقى ۋە سەكرەش ئېھتىماللىقىغا ۋەكىللىك قىلىدۇ. پاراشوك نېيترون دىففراكسىيەسى ئەڭ ياخشى قىممەتنىڭ ئايرىم-ئايرىم ھالدا 0.05 ۋە 0.11 ئىكەنلىكىنى ئاشكارىلىدى. ئىئون دوپپىسى ، تېمپېراتۇرا ، ئۆتكۈنچى مېتال ، زەررىچە چوڭ-كىچىكلىكى ۋە - تەڭپۇڭسىز ھالەت قاتارلىق ئامىللارنىڭ ھەددىدىن زىيادە كۈچلۈك بولۇشى قاتارلىق ئامىللارنىڭ ھەممىسى ۋە. ئۆي تېمپېراتۇرىسىدا توك قاچىلاش ۋە توك چىقىرىش جەريانىدا ئېلېكترود رېئاكسىيەسىنىڭ قىممىتىنى ئاشۇرۇش ۋە ياخشىلاش.

450 گرادۇستا ، LiₓFePO₄ نىڭ مۇستەھكەم ھەل قىلىش چارىسى مەۋجۇت ، ئۆي تېمپېراتۇرىسىدا بولسا Li₀.₇₅FePO₄ ۋە Li₀.₅FePO₄ دىن ئىبارەت ئىككى خىل ئاسان ئېرىشكىلى بولىدىغان باسقۇچ مەۋجۇت. 500 گرادۇستىن يۇقىرى ، LiₓFePO₄ - olivine بىرىكمىسىدە پارچىلىنىشقا باشلايدۇ. بۇ فوسفات ياكى فوسفاتلارنىڭ تەركىبى ۋە مەزمۇنى x نىڭ قىممىتىگە باغلىق. 400 دىن 500 گرادۇس ئارىلىقىدا ، پەقەت LiₓFePO₄ نىڭ مۇستەھكەم ھەل قىلىش چارىسى بار.

سوۋۇتۇش جەريانىدىكى ئۆزگىرىش ئىسسىنىش جەريانىدىكىگە قارىغاندا كۆپ مۇرەككەپ. سوۋۇتۇش جەريانىدا ئارىلاشمىنىڭ تەركىبى x نىڭ قىممىتى ۋە ئىسسىقلىق جەريانىغا باغلىق. سوۋۇغاندىن كېيىن ، LiₓFePO₄ ئالدى بىلەن ئىككى - olivine باسقۇچىنىڭ ئارىلاشمىسىغا پارچىلىنىدۇ ، ئۇلارنىڭ نىسبىتى تېمپېراتۇرا ۋە x نىڭ دەسلەپكى قىممىتىگە باغلىق. تېمپېراتۇرا تۆۋەن بولغاندا (140 ± 20 گرادۇس) بولغاندا ، ئىككى - باسقۇچلۇق سىستېما تېخىمۇ مۇرەككەپ سىستېمىغا ئايلىنىدۇ ، بۇ سىستېمىدا LiFePO₄ بىلەن FePO₄ باشقا ئىككى خىل ئولىۋىن - تىپىدىكى بىرىكمىلەر بىلەن بىللە ياشايدۇ ، Liₓ₁FePO₄ ۋە Liₓ₂FePO₄. ئۆي تېمپېراتۇرىسىدا بۇ ئارىلاشما قېرىش تۆت - باسقۇچلۇق سىستېمىنىڭ ئاستا-ئاستا LiFePO₄ ۋە FePO₄ دىن ئىبارەت ئىككى - باسقۇچلۇق سىستېمىغا ئايلىنىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ.

Battery reaction mechanism

FePO₄ بىر قانچە قۇرۇلمىدا مەۋجۇت: Li LiFePO₄ تولۇق ئايرىۋېتىلگەندىن كېيىن ، ورتومبوم FePO₄ شەكىللىنىدۇ. Ic Triclinic FePO₄ نىڭ قۇرۇلمىسىغا ئوخشاش كۋارتس - بار ، بارلىق كاتېگورىيە ماسلاشتۇرۇلغان. Oc مونوكلىن ۋە ورتومبوم FePO₄ ئۇلارنىڭ ھىدروگېندىن تەييارلىنىدۇ. FePO₄ نىڭ بۇ كىرىستال شەكىللىرىنىڭ ھەممىسى ، شۇنداقلا ئامورفوس FePO₄ نى قىزىتقاندىن كېيىن ئۈچبۇلۇڭلۇق FePO₄ غا ئايلاندۇرغىلى بولىدۇ.

LiFePO₄ دىن FePO₄ غا ئايلىنىش ئاستا ۋە تولۇق ئەمەس ، ئەمما تېمپېراتۇرا 500 گرادۇستىن ئېشىپ كەتكەندە تاماملىنىدۇ. باتارېيەنىڭ مەشغۇلات شارائىتىدا ، كاتود ماتېرىيالى ھەرىكەت جەھەتتىن مۇقىم بولىدۇ. LiFePO₄ نى بىرىكتۈرۈش جەريانىدا ، FePO₄ نىڭ يوقلۇقىغا كاپالەتلىك قىلىش تولىمۇ مۇھىم. ئەگەر ھازىر بولسا ، ئۈچبۇلۇڭلۇق FePO₄ قىزىتقاندا ھاسىل بولىدۇ ، نەتىجىدە يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا ماتېرىيال يۈزىدە - بولمىغان ئېلېكتر خىمىيىلىك ئاكتىپ ئەينەك باسقۇچ پەيدا بولىدۇ.

ئىئون دوپپىسى ماتېرىياللارنىڭ ئۆتكۈزۈشچانلىقىنى يۇقىرى كۆتۈرەلەيدۇ. P - تىپلىق يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىياللار ئىئونى دوپپا ئارقىلىق ئېرىشەلەيدۇ. دوپپىڭ ئىنتايىن مۇرەككەپ جەريان: بىر تەرەپتىن ، يەرلىك زىچلىق تەخمىنىيلىكى (LDA) ۋە ئومۇملاشتۇرۇلغان تەدرىجىي تەقلىد قىلىش (GGA) دىكى LiFePO₄ نىڭ ئېلېكترونلۇق قۇرۇلمىسىنىڭ زىچلىق فۇنكسىيە نەزەرىيىسى (DFT) ھېسابلاش نەتىجىسىدە كۆرسىتىلىشچە ، بۇ ماتېرىيال مېتال ياكى يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىيالنىڭ ئالاھىدىلىكىنى نامايان قىلىشى كېرەك ، بۇ ئۆتكۈزگۈچ بەلۋاغ ۋە كەڭلىكتىكى كەڭلىك تەخمىنەن 0.3 eV. يەنە بىر جەھەتتىن ، ئېلېكترون ئوربىتىسىنىڭ ۋە Coulomb نىڭ ئىئون دوپپىسىدىن كېيىنكى ئۆز-ئارا تەسىرلىرىنى ئويلاشقاندا ، ياخشىلانغان ۋالېنس بەلۋاغ قۇرۇلمىسى نەزەرىيە جەھەتتىن مۇمكىن بولىدۇ.

MFT - ياكى Cr {{1} op كۆپەيتىلگەن LiFePO₄ نىڭ DFT ھېسابلاش نەتىجىسىدە كۆرسىتىلىشىچە ، ئېلېكترونلۇق ھالەتنىڭ ئەڭ قويۇقلۇقى فېرمى سەۋىيىسىگە يېقىن بولۇپ ، بۇ كۆپەيتىلگەن ماتېرىيالنىڭ مېتال ئۆتكۈزۈشچانلىقىنى چۈشەندۈرۈپ بېرىدۇ. ئىئون دوپپىسى كەلتۈرۈپ چىقارغان ئۆتكۈزگۈچلۈكنىڭ ئۆزگىرىشى تۆۋەندىكى ئامىللار بىلەن مۇناسىۋەتلىك بولۇشى مۇمكىن:

1) زەرەتلىگۈچى توشۇغۇچى رايونلارنىڭ گىرۋەكلىرى مېتاللاشتۇرۇلغان.

2) ئىئون دوپپىسى ۋالېنس بەلۋاغ ۋە ئۆتكۈزگۈچ بەلۋاغنىڭ كەڭلىكىنى تارايتىدۇ.

3) مەلۇم ھالقىلىق قويۇقلۇقىدىن ئېشىپ كەتسە ، دوپپا ئىئوننىڭ ئېلېكترونلۇق دولقۇن ئىقتىدارى ئۆتكۈزگۈچ بەلۋاغنىڭ شەكىللىنىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ.

4) دوپپا ئىئونىنىڭ تۈرى ، قويۇقلۇقى ۋە تارقىلىشى.

5) نۇرغۇن M - O مېتال ئوكسىدلىرىدا ، M - M باغلىنىش ئارىلىقى 3 × 10⁻¹⁰ m دىن تۆۋەن بولغاندا ، مېتال ئۆتكۈزگۈچ بەلۋاغ پەيدا بولىدۇ.

6) بىرىكتۈرۈش جەريانىدا ، ئورگانىك كاربوننىڭ قوشۇلۇشى ماتېرىيالنىڭ كاربون سىرلىنىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىپ ، ئۈنۈملۈك ئۆتكۈزۈش يولىنى يارىتىدۇ.

7) Fe₂P نىڭ كۆرۈنۈشى. بىرىكتۈرۈش جەريانىدا ، ئارتۇق كاربوننىڭ قوشۇلۇشى فوسفاتنى ئازايتىدۇ.

Ion doping and conductivity

8) Fe³⁺ / Fe²⁺ redox جۈپلىرى LiFePO₄ نىڭ كېمىيىشىدە تۈرتكىلىك رول ئوينايدۇ.

LiFePO₄ كۆپ ئىشلىتىلىدىغان ئېلېكترولىتلار بىلەن ئاكتىپچانلىقىنى كۆرسىتىدۇ. ماتېرىيالنىڭ ئېلېكتىرو خىمىيىلىك ھەرىكىتى ئېلېكترولىت ئىچىدىكى يەر يۈزىدىكى خىمىيىلىك ماددىلار بىلەن ناھايىتى مۇناسىۋەتلىك. ئادەتتە ، ماتېرىيال يۈزىدە پاسسىپ فىلىم شەكىللىنىدۇ. بۇ فىلىم لىتىي - ئىئوننىڭ تارقىلىشىنى ئاسانلاشتۇرىدۇ ، ئاكتىپ ماتېرىياللارنىڭ يوقىلىشىنىڭ ئالدىنى ئالىدۇ ، لىتىي - ئىئون قىستۇرۇش / ئېلىش جەريانىدا چوقۇم ئاۋاز ۋە يەر يۈزىنىڭ ئۆزگىرىشىگە قارشى تۇرۇشى كېرەك. كاربون {{6} ated قاپلانغان LiFePO₄ يەر يۈزىدىكى فىلىملەردە LiF ، LiPF₆ ، LiₓFᵧ⁻ ۋە LiₓPOᵧFᶻ⁻ قاتارلىق بىرىكمىلەر بار.

كۆپ ئۇچرايدىغان ئېلېكترولىتلاردا ئادەتتە ئالكىل كاربونات ۋە لىتىي تۇزى بار. كاتود ماتېرىيالى ئېلېكترولىتتا نۇرغۇنلىغان مۇمكىن بولغان ئىنكاسلارنى باشتىن كەچۈردى. مەسىلەن ، LiPF₆ ھەل قىلىش چارىسىدە ، LiFePO₄ بىلەن HF نىڭ مىقدارى - ئاساسى رېئاكسىيەدىن ساقلانغىلى بولمايدۇ. ئېلېكترولىتتا HF نىڭ بولۇشى ئىككى خىل زىيانلىق تەسىرگە ئىگە: بىرىنچىدىن ، تۆمۈر ئىئون بىلەن پروتون ئوتتۇرىسىدىكى ئالماشتۇرۇش ئىنكاسى ئىككىنچىدىن ، لى ئىئون ۋە F ئىئونلىرىنىڭ زەررىچە يۈزىدىكى ئىنكاسى LiF نىڭ شەكىللىنىشىگە توسقۇنلۇق قىلىدىغان LiF ھاسىل قىلىدۇ.

تۆمۈر ئىئون ئېلېكترولىتتا ئېرىپ كېتىدۇ. ئوخشىمىغان ئېلېكترولىتلاردا LiFePO₄ نىڭ تۆمۈر ئىئون ئېرىتىش سىنىقى تۆۋەندىكىلەرنى ئاشكارىلىدى:

1) كىسلاتالىق بۇلغىمىلاردىن خالىي ئېلېكترولىتلاردا ، ھەتتا يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا ، تۆمۈر ئىئونلىرىنىڭ ئېرىپ كېتىشى ۋە نەتىجىدە ئاكتىپ ماتېرىيالنىڭ كەڭ كۆلەمدە يوقىلىشى سەل قاراشقا بولمايدۇ.

2) يۇقىرى ئېرىتكۈچى كىسلاتالىق تۆمۈر ئىئوننىڭ ئاسان ئېرىشىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ.

3) يۇقىرى تېمپېراتۇرا تۆمۈر ئىئوننىڭ ئاسان ئېرىشىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ.

4) ماتېرىيال ئىچىدىكى كاربون مىقدارى يۇقىرى بولسا ، ماددىنىڭ مۇقىملىقىنى ئاشۇرىدۇ.

ئاكتىپ ماتېرىيال بىلەن باغلىغۇچىنىڭ ئالاقىلىشىش رايونى ئاسانلا چىرىشكە ئاسان ئۇچرايدۇ. ئىشقارلىق مېسوفازا ئىشلىتىش ياكى كىسلاتالىق تازىلاش خۇرۇچى ئىشلىتىش ئارقىلىق بۇ چىرىشنىڭ ئالدىنى ئالغىلى بولىدۇ. لىتىي {{2} ion ئىئون باتارېيەسىدە LiFePO₄ نى كاتود ماتېرىيالى قىلىپ ئىشلىتىپ ، - كىسلاتالىق ئېلېكترولىت ياكى LiFePO₄ نىڭ كاربون قوشۇش ياكى سىرلاش ئارقىلىق كەڭ كۆلەمدە زىياننىڭ ئالدىنى ئالغىلى بولىدۇ.

LiFePO₄ كاتود ماتېرىياللىرىنىڭ ھەرىكەت ئالاھىدىلىكى تېخى تولۇق چۈشىنىلمىدى. ئادەتتە زەررىچىلەرنىڭ چوڭ-كىچىكلىكى ۋە تارقىلىشى ، ئۆتكۈزۈشچانلىقى ، ئىئوننىڭ تارقىلىشى ، باسقۇچلۇق يۆتكىلىش جەريانىدىكى ھەرىكەت (توك قاچىلاش - قويۇپ بېرىش جەريانى) ۋە كاربون سىرلاش / دوپپا قاتارلىقلارنىڭ ھەممىسىنىڭ ئوخشىمىغان توك قاچىلاش نىسبىتى - قويۇپ بېرىش نىسبىتىگە تەسىر كۆرسىتىدۇ دەپ قارىلىدۇ. بىرلىككە كەلگەن كاربون دوپپا دېگىنىمىز ، لىتىي ئىئونى ۋە ئېلېكتروننى ئاكتىپ ماتېرىيالغا ئوخشاش ئورۇنغا قىستۇرۇپ چىقارغىلى ، ئېلېكترود قۇتۇپلىشىشنى ئازايتىدۇ.

(1) توكنىڭ سىغىمچانلىقىغا بولغان تەسىرى ساپ LiFePO₄ نىڭ تۆۋەن توك ئۆتكۈزۈشچانلىقى باتارېيەنىڭ يۇقىرى - سۈرئەت قويۇپ بېرىش ئىقتىدارىنىڭ تۆۋەنلىشىنى بىۋاسىتە كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ. ساپ LiFePO₄ نىڭ ئۆتكۈزۈشچانلىقى تەخمىنەن 10⁻⁹ S / cm ئەتراپىدا بولۇپ ، قويۇپ بېرىش سىغىمى 148 mA · h / g دىن 0.2C لىك قويۇپ بېرىش نىسبىتىدە 5C قويۇپ بېرىش نىسبىتىدە 85 mA · h / g غا تۆۋەنلەيدۇ. كاتود ماتېرىيالىنىڭ يۇقىرى - لىك قويۇپ بېرىش ئىقتىدارى ھەمىشە ئۆتكۈزگۈچلۈكنىڭ ئېشىشىغا ئەگىشىپ ئاشمايدۇ. تۆۋەن ئۆتكۈزگۈچلۈكتە ، ئۆتكۈزگۈچلۈكنىڭ ئېشىشى ماتېرىيالنىڭ ئېلېكتىرو خىمىيىلىك ھەرىكىتىنى ياخشىلايدۇ. ماتېرىيالنىڭ ئۆتكۈزۈشچانلىقى مەلۇم ھالقىلىق قىممەتتىن ئېشىپ كەتسە ، ئۆتكۈزۈشچانلىقى ئەمدى ماتېرىيالنىڭ سىغىمچانلىقىنى بەلگىلەيدىغان ئامىل ئەمەس. LiFe₀.₉Ni₀. بۇ لىتىي {{24} ion ئىئوننىڭ تارقىلىشى لىتىينىڭ - ئىئون باتارېيەسىنىڭ ئېلېكتر خىمىيىلىك خۇسۇسىيىتىدىكى ھەل قىلغۇچ ئامىل سۈپىتىدە ئۆتكۈزگۈچنىڭ ئورنىنى ئالغان بولۇشى مۇمكىنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.

. تاشقى ئامىللار زەررىچە چوڭلۇقى ، تارقىلىشى ۋە مورفولوگىيەسىنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. ئىچكى ئامىللار ئاساسلىقى لىتىي {{5} ion ئىئون تارقىلىش كوئېففىتسېنتىنى كۆرسىتىدۇ. لىتىي - ئىئون تارقىلىش كوئېففىتسېنتى دائىملىق قىممەت. لىتىي ئىئوننىڭ تارقىلىش ئىقتىدارى زەررىچە چوڭلۇقىنىڭ ئېشىشىغا ئەگىشىپ تۆۋەنلەيدۇ ، چۈنكى لىتىي ئىئوننىڭ زەررىچە ئىچىدىكى تارقىلىش يولى ئاشىدۇ. لىتىي ئىئونىنىڭ تارقىلىش ئىقتىدارى زەررىچە چوڭلۇقىنىڭ چاسا بىلەن تەتۈر تاناسىپ بولىدۇ ، لىتىي - ئىئون تارقىلىش كوئېففىتسېنتى بىلەن بىۋاسىتە ماس كېلىدۇ. زەررىچە چوڭلۇقى لىتىي - ئىئوننىڭ تارقىلىشىغا تارقىلىش كوئېففىتسېنتىغا قارىغاندا تېخىمۇ چوڭ تەسىر كۆرسىتىدۇ. لىتىينىڭ - ئىئون تارقىلىش كوئېففىتسېنتىنى سان بىلەن ھېسابلاش چوقۇم كونكرېت ئۆلچەش ئۇسۇلى ۋە نەزەرىيەۋى مودېللار بىلەن بىرلەشتۈرۈلۈشى كېرەك. ئاساسلىق ئۆلچەش ئۇسۇللىرى گالۋانوتاتىك تىنىش (GITT) ۋە ئېلېكتىرو خىمىيىلىك توسقۇنلۇق سپېكتروسكوپى (EIS ياكى AC Impedance).

. نېپىز - فىلىم ئېلېكترودىدا ئېلېكترونلار نۆۋەتتىكى يىغىپ ساقلىغۇچىغا كىرىدۇ ، لىتىي ئىئونلىرى ئېلېكترولىتقا قارشى يۆنىلىشتىن كىرىدۇ. FePO₄ قەۋىتىنىڭ شەكىللىنىشىگە ئەگىشىپ ، ئېلېكترون ھەرىكىتىنىڭ قارشىلىق كۈچى تۆۋەنلەيدۇ ، لىتىي - ئىئون ھەرىكىتىگە قارشى تۇرۇش كۈچى ئاشىدۇ. FePO₄ ئالدى بىلەن خرۇستال كەمتۈكلۈكنى يادرو قىلىدۇ ، ئاندىن ھەممە تەرەپكە قاراپ تەرەققىي قىلىدۇ ، لىتىي ئىئونلىرى [100] يۆنىلىشتە قېچىپ قۇتۇلالمىغۇچە لىتىي - ئىئوننىڭ تارقىلىشىنى چەكلەيدۇ.