I. Tầm quan trọng và thách thức của pin lithium sắt phosphate
Pin lithium sắt phosphate được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ vào đặc tính an toàn cao, tuổi thọ dài và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, khi thời gian sử dụng tăng lên, hiệu suất pin giảm do sự suy thoái của vật liệu cực dương. Do đó, việc phục hồi vật liệu cực dương là chìa khóa để kéo dài tuổi thọ pin.
II. Nguyên nhân suy thoái vật liệu cực dương
Nguyên nhân chính là sự mất mát lithium hoạt động, dẫn đến suy giảm hiệu suất. Quá trình xen kẽ và giải phóng lithium ion lặp đi lặp lại gây ra sự mất mát, cùng với sự di chuyển của sắt vào các khoảng trống lithium. Các khuyết tật khoảng trống lithium khiến Fe²⁺ bị oxy hóa thành Fe³⁺, hình thành các khuyết tật đối vị trí cản trở sự khuếch tán của lithium-ion. Khi vật liệu cực dương bị hỏng, các khuyết tật và vết nứt hình thành trên bề mặt, làm suy yếu hiệu suất điện hóa.
III. Công nghệ phục hồi pin lithium sắt phosphate
Để kéo dài tuổi thọ của pin lithium sắt phosphate, các nhà khoa học đã phát triển nhiều công nghệ phục hồi để khôi phục hiệu suất của vật liệu cực dương. Các công nghệ này chủ yếu đạt được bằng cách bổ sung lithium hoạt động, với các phương pháp phổ biến bao gồm thiêu kết pha rắn, thủy nhiệt và kỹ thuật điện hóa.
1. Phương pháp thủy nhiệt
Phương pháp thủy nhiệt liên quan đến việc xử lý phế liệu pin lithium trong lò phản ứng áp suất cao, sử dụng nguồn lithium và chất khử để bổ sung lithium bị mất. Phương pháp này hoạt động ở nhiệt độ thấp, tránh hư hại cấu trúc trong khi đảm bảo tính đồng nhất trong việc bổ sung lithium. Nó cho thấy hiệu quả cao và thân thiện với môi trường, nhưng ứng dụng công nghiệp vẫn đối mặt với thách thức do yêu cầu cao về thiết bị và vận hành.
2. Công nghệ phục hồi pha lỏng
Phương pháp phục hồi pha lỏng tái tạo vật liệu cực dương lithium sắt phosphate trong môi trường lỏng thông qua tác động của dung dịch nguồn lithium. Các ion lithium trong dung dịch lấp đầy các khoảng trống lithium trong vật liệu, khôi phục hoạt động điện hóa. Hoạt động ở nhiệt độ thấp giảm tiêu thụ năng lượng và giảm thiểu hư hại cấu trúc do nhiệt độ cao gây ra. Việc lựa chọn nguồn lithium và chất điện phân rất quan trọng đối với hiệu quả phục hồi, và các chất phụ gia phù hợp có thể tối ưu hóa hiệu suất. Tuy nhiên, phương pháp này đối mặt với các thách thức như lựa chọn nguồn lithium, kiểm soát điều kiện phản ứng và tách vật liệu.
3. Phương pháp phục hồi điện hóa
Phương pháp phục hồi điện hóa tái tạo vật liệu cực dương lithium sắt phosphate đã cũ thông qua các hoạt động điện hóa, khôi phục hiệu suất của chúng. Trong quá trình này, các vật liệu được lắp ráp lại thành pin, và quá trình tái lithium hóa được thực hiện thông qua chu kỳ sạc-xả. Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu thiết bị đặc biệt, liên quan đến các thao tác phức tạp và chưa phù hợp cho ứng dụng quy mô lớn.
4. Phương pháp phục hồi pha rắn nhiệt độ cao
Phương pháp thiêu kết pha rắn tái tạo vật liệu cực dương lithium sắt phosphate đã cũ thông qua quá trình nung ở nhiệt độ cao. Đầu tiên, các vật liệu phế liệu được xử lý ở nhiệt độ cao trong môi trường khí trơ để loại bỏ tạp chất và tái cấu trúc tinh thể. Sau đó, các khoảng trống lithium trong vật liệu được lấp đầy thông qua sự khuếch tán ở nhiệt độ cao của nguồn lithium, khôi phục hoạt động điện hóa của chúng. Ngoài ra, phương pháp này có thể tăng cường độ ổn định cấu trúc và hiệu suất thông qua việc pha tạp nguyên tố (ví dụ: V⁵⁺, Ti⁴⁺, Ni²⁺), trong khi các kỹ thuật phủ bề mặt cải thiện thêm độ dẫn điện. Tuy nhiên, tiêu thụ năng lượng của quá trình xử lý nhiệt độ cao và việc bổ sung chính xác hóa chất lithium hạn chế ứng dụng rộng rãi.
5. Phương pháp eutectic
Phương pháp eutectic sử dụng đặc tính của muối eutectic để đạt được việc bổ sung lithium và phục hồi vật liệu ở nhiệt độ thấp. Bằng cách kết hợp các muối eutectic khác nhau và tối ưu hóa quy trình nung, hiệu suất điện hóa của lithium sắt phosphate được tái tạo. Phương pháp này giảm nhiệt độ phục hồi và tiêu thụ năng lượng, không gây ô nhiễm, đơn giản hóa quy trình xử lý và cho thấy tiềm năng lớn.
Nhóm nghiên cứu năng lượng mới 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
