Эрчим хүчний шинэ салбар эрчимтэй хөгжихийн хэрээр өндөр хүчин чадалтай литийн батерейны эрэлт нэмэгдэж байна. Хэдийгээр литийн төмрийн фосфат (LFP) болон гурвалсан лити зэрэг материалууд давамгайлах байр суурийг эзэлдэг ч тэдгээрийн эрчим хүчний нягтралыг сайжруулах орон зай хязгаарлагдмал бөгөөд аюулгүй байдлыг улам сайжруулах шаардлагатай хэвээр байна. Сүүлийн үед цирконид суурилсан нэгдлүүд, ялангуяа циркони тетрахлорид (ZrCl₄) болон түүний деривативууд нь литийн батерейны ашиглалтын хугацаа, аюулгүй байдлыг сайжруулах чадвартайн улмаас аажмаар судалгааны халуун цэг болсон.
Циркон тетрахлоридын боломж ба давуу тал
Цирконийн тетрахлорид ба түүний деривативуудыг литийн батерейнд хэрэглэх нь дараахь асуудлуудад голчлон тусгагдсан болно.
1.Ионы дамжуулалтын үр ашгийг дээшлүүлэх:Судалгаанаас харахад бага зохицуулалттай Zr⁴⁺ талбай бүхий металл органик бүтэц (MOF) нэмэлтүүд нь литийн ионуудын дамжуулалтын үр ашгийг эрс сайжруулж чадна. Zr⁴⁺ сайтууд болон литийн ионы уусгах бүрхүүлийн хоорондох хүчтэй харилцан үйлчлэл нь литийн ионуудын шилжилтийг хурдасгаж, улмаар батерейны хурдны гүйцэтгэл болон мөчлөгийн хугацааг сайжруулдаг.
2. Сайжруулсан интерфэйсийн тогтвортой байдал:Цирконы тетрахлоридын деривативууд нь уусмалын бүтцийг тохируулж, электрод ба электролитийн хоорондох интерфэйсийн тогтвортой байдлыг сайжруулж, гаж нөлөөний илрэлийг бууруулж, улмаар батерейны аюулгүй байдал, ашиглалтын хугацааг сайжруулдаг.
Зардал ба гүйцэтгэлийн тэнцвэр: Зарим өндөр өртөгтэй хатуу электролитийн материалуудтай харьцуулахад циркони тетрахлорид ба түүний деривативуудын түүхий эдийн өртөг харьцангуй бага байна. Жишээлбэл, литийн циркони оксихлорид (Li1.75ZrCl4.75O0.5) зэрэг хатуу электролитийн түүхий эдийн өртөг нь ердөө 11.6 ам.доллар/кг байгаа нь уламжлалт хатуу электролитээс хамаагүй бага юм.
Лити төмрийн фосфат ба гурвалсан лититэй харьцуулах
Лити төмрийн фосфат (LFP) ба гурвалсан лити нь одоогийн литийн батерейны үндсэн материал боловч тус бүр өөрийн гэсэн давуу болон сул талуудтай. Лити төмрийн фосфат нь өндөр аюулгүй байдал, урт хугацааны мөчлөгтэй гэдгээрээ алдартай боловч эрчим хүчний нягтрал багатай; Гурвалсан лити нь эрчим хүчний өндөр нягтралтай боловч аюулгүй байдал нь харьцангуй сул байдаг. Үүний эсрэгээр цирконы тетрахлорид ба түүний деривативууд нь ионы дамжуулалтын үр ашиг, интерфейсийн тогтвортой байдлыг сайжруулахад сайнаар нөлөөлдөг бөгөөд одоо байгаа материалын дутагдлыг нөхөх төлөвтэй байна.
Арилжаажуулалтын гацаа ба сорилтууд
Цирконийн тетрахлорид нь лабораторийн судалгаанд асар их чадавхийг харуулсан хэдий ч түүнийг арилжаалах нь зарим бэрхшээлтэй тулгарсаар байна.
1. Процессын төлөвшил:Одоогийн байдлаар цирконий тетрахлорид ба түүний деривативын үйлдвэрлэлийн процесс бүрэн боловсорч гүйцээгүй байгаа бөгөөд томоохон хэмжээний үйлдвэрлэлийн тогтвортой байдал, тууштай байдлыг цаашид шалгах шаардлагатай хэвээр байна.
2. Зардлын хяналт:Хэдийгээр түүхий эдийн өртөг бага боловч бодит үйлдвэрлэлд синтезийн үйл явц, тоног төхөөрөмжийн хөрөнгө оруулалт зэрэг зардлын хүчин зүйлсийг харгалзан үзэх шаардлагатай.
Зах зээлийг хүлээн зөвшөөрөх: Лити төмрийн фосфат ба гурвалсан лити нь зах зээлийн томоохон хувийг аль хэдийн эзэлжээ. Шинээр гарч ирж буй материалын хувьд цирконы тетрахлорид нь зах зээлд танигдахын тулд гүйцэтгэл, зардлын хувьд хангалттай давуу талыг харуулах шаардлагатай.
Ирээдүйн төлөв
Цирконийн тетрахлорид ба түүний деривативууд нь лити батерейнд өргөн хэрэглээний хэтийн төлөвтэй байдаг. Технологи тасралтгүй хөгжихийн хэрээр түүний үйлдвэрлэлийн үйл явцыг улам оновчтой болгож, өртөг нь аажмаар буурах төлөвтэй байна. Ирээдүйд циркони тетрахлорид нь литийн төмрийн фосфат, гурвалсан литий зэрэг материалыг нөхөж, тодорхой хэрэглээний хувилбаруудад хэсэгчлэн орлуулах боломжтой болно.
| Зүйл | Тодорхойлолт |
| Гадаад төрх | Цагаан гялалзсан болор нунтаг |
| Цэвэр байдал | ≥99.5% |
| Zr | ≥38.5% |
| Hf | ≤100ppm |
| SiO2 | ≤50ppm |
| Fe2O3 | ≤150ppm |
| Na2O | ≤50ppm |
| TiO2 | ≤50ppm |
| Al2O3 | ≤100ppm |
ZrCl₄ батерейны аюулгүй байдлыг хэрхэн сайжруулдаг вэ?
1. Лити дендритийн өсөлтийг саатуулна
Литиум дендритүүдийн өсөлт нь лити батерейны богино холболт болон дулааны гүйлтийн чухал шалтгаануудын нэг юм. Цирконийн тетрахлорид ба түүний деривативууд нь электролитийн шинж чанарыг тохируулах замаар литийн дендрит үүсэх, өсөлтийг саатуулдаг. Жишээлбэл, ZrCl₄-д суурилсан зарим нэмэлтүүд нь литийн дендритийг электролит руу нэвтрэхээс сэргийлж тогтвортой интерфэйсийн давхарга үүсгэж, улмаар богино залгааны эрсдлийг бууруулдаг.
2. Электролитийн дулааны тогтвортой байдлыг нэмэгдүүлэх
Уламжлалт шингэн электролит нь өндөр температурт задарч, дулаан ялгаруулж, улмаар дулааны гүйдэл үүсгэдэг.Цирконы тетрахлоридба түүний деривативууд нь электролитийн дулааны тогтвортой байдлыг сайжруулахын тулд электролитийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй харилцан үйлчилж болно. Энэхүү сайжруулсан электролит нь өндөр температурт задрахад илүү хэцүү бөгөөд ингэснээр өндөр температурын нөхцөлд батерейны аюулгүй байдлын эрсдлийг бууруулдаг.
3. Интерфейсийн тогтвортой байдлыг сайжруулах
Цирконийн тетрахлорид нь электрод ба электролитийн хоорондох интерфэйсийн тогтвортой байдлыг сайжруулдаг. Электродын гадаргуу дээр хамгаалалтын хальс үүсгэснээр электродын материал ба электролитийн хоорондох гаж нөлөөг багасгаж, улмаар батерейны ерөнхий тогтвортой байдлыг сайжруулна. Энэхүү интерфэйсийн тогтвортой байдал нь цэнэглэх, цэнэглэх явцад батерейны гүйцэтгэл, аюулгүй байдлын асуудлаас урьдчилан сэргийлэхэд маш чухал юм.
4. Электролитийн шатамхай чанарыг бууруулна
Уламжлалт шингэн электролит нь ерөнхийдөө маш их шатамхай байдаг бөгөөд энэ нь буруугаар ашиглах нөхцөлд батерейг шатаах эрсдлийг нэмэгдүүлдэг. Цирконийн тетрахлорид ба түүний уламжлалыг хатуу электролит эсвэл хагас хатуу электролит боловсруулахад ашиглаж болно. Эдгээр электролитийн материалууд нь ерөнхийдөө бага шатамхай байдаг тул батерейны гал болон дэлбэрэх эрсдлийг эрс багасгадаг.
5. Зайны дулааны удирдлагын чадавхийг сайжруулах
Цирконийн тетрахлорид ба түүний деривативууд нь батерейны дулааны удирдлагын чадварыг сайжруулдаг. Электролитийн дулаан дамжуулалт болон дулааны тогтвортой байдлыг сайжруулснаар батерей нь өндөр ачаалалтай ажиллах үед дулааныг илүү үр дүнтэйгээр гадагшлуулж, улмаар дулааны гүйлтийн боломжийг бууруулдаг.
6. Эерэг электродын материалын дулааны гүйлтээс сэргийлнэ
Зарим тохиолдолд эерэг электродын материалын дулааны гүйдэл нь батерейны аюулгүй байдлын асуудалд хүргэдэг гол хүчин зүйлүүдийн нэг юм. Цирконийн тетрахлорид ба түүний деривативууд нь электролитийн химийн шинж чанарыг тохируулж, өндөр температурт эерэг электродын материалын задралын урвалыг бууруулснаар дулааны алдагдах эрсдлийг бууруулж чадна.
Шуудангийн цаг: 2025 оны 4-р сарын 29