Μελέτη καθοδικών υλικών μπαταριών λιθίου νέας τεχνολογίας: LiFePO4/C
Creators: name: Γιαγλόγλου, Κυριάκος Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: Συσσωρευτής ιόντων λιθίου
Καθοδικό υλικό LiFePO4/C
Μορφολογία LiFePO4/C
Li ion battery
Cathode material LiFePO4/C
Morphology LiFePO4/C

description: Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε το υλικό LiFePO4 γνωστό και ως LFP για τη χρήση του ως καθοδικό υλικό σε μπαταρίες ιόντων λιθίου νέας τεχνολογίας. Το LiFePO4 χαρακτηρίζεται από εξαιρετική χημική και θερμική σταθερότητα, χαμηλό κόστος (λόγω διαθεσιμότητας των Fe-O), είναι μη τοξικό, έχει μεγάλη τιμή ειδικής ισχύος, και είναι φιλικό προς το περιβάλλον. Σήμερα, θεωρείται ως το καταλληλότερο για την ηλεκτροκίνηση του μέλλοντος. Ήδη ανακοινώθηκαν συνεργασίες στην Βουλγαρία για την παραγωγή ηλεκτρικών λεωφορείων από την BYD. Το LFP παρουσιάζει ικανοποιητική στάθμη (3.2-3.5V) και σχετικά επίπεδο προφίλ τάσης, υψηλή θεωρητική ειδική χωρητικότητα της τάξεως των 170 mAhg-1 , δομική σταθερότητα λόγω του ψευδο-ομοιοπολικού δεσμού μεταξύ του οξυγόνου και του P5+ προκειμένου να σχηματισθεί το (PO4)3- τετραεδρικό πολυανιόν πράγμα που καθιστά αυξημένη την αντοχή της μπαταρίας σε κύκλους φόρτισης/εκφόρτισης. Στα πλαίσια της εργασίας παρασκευάσαμε κυψελίδες με καθοδικό υλικό το LiFePO4 τοποθετημένο σε υπόστρωμα Al και ως υλικό ανόδου-αναφοράς χρησιμοποιήσαμε μεταλλικό λίθιο. Ο ηλεκτρολύτης ήταν ο EC:DMC LiPF6. Οι ηλεκτροχημικές ιδιότητες των συσσωρευτών του LFP μελετήθηκαν με την μέθοδο της κυκλικής βολταμετρίας (CV) με διάφορους ρυθμούς σάρωσης (της τάξης των 1mV/s και 0.1mV/s), με την ασυνεχή γαλβανοστατική τεχνική στοιχειομετρικής ανάλυσης (GITT) και με την απλή γαλβανοστατική μέθοδο (GI). Στη Γραμμική Κυκλική Βολταμετρία η μικρή κορυφή (~3.25V) αντιστοιχεί σε κόκκους με διάμετρο 210 nm και η μεγάλη κορυφή (~3.4V) αντιστοιχεί σε κόκκους με διάμετρο 160nm. Η μορφολογία του καθοδικού υλικού και το μέγεθος των κόκκων εξετάστηκαν με SEM. Το μέγεθος των κόκκων παρατηρήθηκε στα 200 με 300 nm.
description: The present study investigates the use of LiFePO4 (LFP) as a cathode material for Lithium ion batteries. LFP shows an excellent chemical and thermal stability and it has a great value of specific power. Moreover, it is cheap due to the availability of Fe-O, non-toxic and environmentally friendly. It is considered as the most suitable material for vehicle electrification of the future. Αlready announced collaborations in Bulgaria to produce electric buses from BYD. LFP shows a satisfactory level (3.2-3.5V) and relatively flat voltage profile as well as high theoretical specific capacity with a value 170 mAhg-1. Its structural stability is due to the pseudo-covalent bond between the oxygen and P5+ in order to form the (PO4)3- tetrahedral polyanion. Therefore, it shows high strength during charge / discharge cycles. The current research includes fabrication of LiFePO4 cells on Al substrate while metallic Li has been used as an anode material. As an electrolyte EC:DMC LiPF6 was used. The electrochemical properties of the batteries of the LFP were investigated by the Cyclic Voltammetry technique (CV) with high and low scanning rates of about 1mV/s and 0.1mV/s, with Galvanostatic Intermittent Titration Technique (GITT) and with Galvanostatic Intermittent (GI). Τhe small peak (~ 3.25V) resulting from grains with a diameter of 210 nm and the big peak (~ 3.4V) resulting from grains with a diameter of 160 nm. The grain size was investigated by Scanning Electron Microscopy (SEM). The grain size was evaluated between 200 and 300 nm.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)