Dengan perkembangan pesat industri tenaga baharu, permintaan untuk bateri litium berprestasi tinggi semakin meningkat. Walaupun bahan seperti litium besi fosfat (LFP) dan litium ternari menduduki kedudukan dominan, ruang peningkatan ketumpatan tenaga mereka adalah terhad, dan keselamatannya masih perlu dioptimumkan lagi. Baru-baru ini, sebatian berasaskan zirkonium, terutamanya zirkonium tetraklorida (ZrCl₄) dan derivatifnya, secara beransur-ansur menjadi tempat tumpuan penyelidikan kerana potensinya dalam meningkatkan hayat kitaran dan keselamatan bateri litium.
Potensi dan kelebihan zirkonium tetraklorida
Penggunaan zirkonium tetraklorida dan derivatifnya dalam bateri litium terutamanya ditunjukkan dalam aspek berikut:
1.Meningkatkan kecekapan pemindahan ion:Kajian telah menunjukkan bahawa bahan tambahan rangka kerja organik logam (MOF) dengan tapak Zr⁴⁺ berkoordinasi rendah boleh meningkatkan kecekapan pemindahan ion litium dengan ketara. Interaksi yang kuat antara tapak Zr⁴⁺ dan sarung pelarut ion litium boleh mempercepatkan penghijrahan ion litium, dengan itu meningkatkan prestasi kadar dan hayat kitaran bateri.
2. Kestabilan antara muka yang dipertingkatkan:derivatif zirkonium tetraklorida boleh melaraskan struktur solvasi, meningkatkan kestabilan antara muka antara elektrod dan elektrolit, dan mengurangkan kejadian tindak balas sampingan, dengan itu meningkatkan keselamatan dan hayat perkhidmatan bateri.
Keseimbangan antara kos dan prestasi: Berbanding dengan beberapa bahan elektrolit pepejal kos tinggi, kos bahan mentah zirkonium tetraklorida dan derivatifnya adalah agak rendah. Sebagai contoh, kos bahan mentah bagi elektrolit pepejal seperti litium zirkonium oksiklorida (Li1.75ZrCl4.75O0.5) hanya $11.6/kg, yang jauh lebih rendah daripada elektrolit pepejal tradisional.
Perbandingan dengan litium besi fosfat dan litium terner
Litium besi fosfat (LFP) dan litium ternari ialah bahan arus perdana untuk bateri litium pada masa ini, tetapi mereka masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing. Litium besi fosfat terkenal dengan keselamatan yang tinggi dan hayat kitaran yang panjang, tetapi ketumpatan tenaganya rendah; litium ternary mempunyai ketumpatan tenaga yang tinggi, tetapi keselamatannya agak lemah. Sebaliknya, zirkonium tetraklorida dan derivatifnya berprestasi baik dalam meningkatkan kecekapan pemindahan ion dan kestabilan antara muka, dan dijangka dapat menampung kekurangan bahan sedia ada.
Kesesakan dan cabaran pengkomersilan
Walaupun zirkonium tetraklorida telah menunjukkan potensi besar dalam penyelidikan makmal, pengkomersilannya masih menghadapi beberapa cabaran:
1. Proses kematangan:Pada masa ini, proses pengeluaran zirkonium tetraklorida dan derivatifnya masih belum matang sepenuhnya, dan kestabilan dan ketekalan pengeluaran berskala besar masih perlu disahkan lagi.
2. Kawalan kos:Walaupun kos bahan mentah adalah rendah, dalam pengeluaran sebenar, faktor kos seperti proses sintesis dan pelaburan peralatan perlu dipertimbangkan.
Penerimaan pasaran: Litium besi fosfat dan litium terner telah pun menduduki bahagian pasaran yang besar. Sebagai bahan yang baru muncul, zirkonium tetraklorida perlu menunjukkan kelebihan yang mencukupi dalam prestasi dan kos untuk mendapatkan pengiktirafan pasaran.
Tinjauan Masa Depan
Zirkonium tetraklorida dan derivatifnya mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam bateri litium. Dengan kemajuan teknologi yang berterusan, proses pengeluarannya dijangka akan terus dioptimumkan dan kos akan berkurangan secara beransur-ansur. Pada masa hadapan, zirkonium tetraklorida dijangka melengkapkan bahan seperti litium besi fosfat dan litium ternari, malah mencapai penggantian separa dalam senario aplikasi tertentu tertentu.
| item | Spesifikasi |
| Penampilan | Serbuk Kristal Berkilat Putih |
| Kesucian | ≥99.5% |
| Zr | ≥38.5% |
| Hf | ≤100ppm |
| SiO2 | ≤50ppm |
| Fe2O3 | ≤150ppm |
| Na2O | ≤50ppm |
| TiO2 | ≤50ppm |
| Al2O3 | ≤100ppm |
Bagaimanakah ZrCl₄ meningkatkan prestasi keselamatan dalam bateri?
1. Menghalang pertumbuhan litium dendrit
Pertumbuhan dendrit litium adalah salah satu sebab penting bagi litar pintas dan pelarian haba bateri litium. Zirkonium tetraklorida dan derivatifnya boleh menghalang pembentukan dan pertumbuhan litium dendrit dengan melaraskan sifat elektrolit. Sebagai contoh, beberapa bahan tambahan berasaskan ZrCl₄ boleh membentuk lapisan antara muka yang stabil untuk menghalang dendrit litium daripada menembusi elektrolit, dengan itu mengurangkan risiko litar pintas.
2. Meningkatkan kestabilan haba elektrolit
Elektrolit cecair tradisional terdedah kepada penguraian pada suhu tinggi, membebaskan haba, dan kemudian menyebabkan pelarian haba.Zirkonium tetrakloridadan derivatifnya boleh berinteraksi dengan komponen dalam elektrolit untuk meningkatkan kestabilan haba elektrolit. Elektrolit yang dipertingkatkan ini lebih sukar untuk terurai pada suhu tinggi, sekali gus mengurangkan risiko keselamatan bateri di bawah keadaan suhu tinggi.
3. Meningkatkan kestabilan antara muka
Zirkonium tetraklorida boleh meningkatkan kestabilan antara muka antara elektrod dan elektrolit. Dengan membentuk filem pelindung pada permukaan elektrod, ia boleh mengurangkan tindak balas sampingan antara bahan elektrod dan elektrolit, dengan itu meningkatkan kestabilan keseluruhan bateri. Kestabilan antara muka ini adalah penting untuk mengelakkan kemerosotan prestasi dan isu keselamatan bateri semasa mengecas dan menyahcas.
4. Kurangkan kemudahbakaran elektrolit
Elektrolit cecair tradisional biasanya sangat mudah terbakar, yang meningkatkan risiko kebakaran bateri dalam keadaan penyalahgunaan. Zirkonium tetraklorida dan derivatifnya boleh digunakan untuk menghasilkan elektrolit pepejal atau elektrolit separa pepejal. Bahan elektrolit ini secara amnya mempunyai kebolehbakaran yang lebih rendah, sekali gus mengurangkan risiko kebakaran dan letupan bateri dengan ketara.
5. Meningkatkan keupayaan pengurusan haba bateri
Zirkonium tetraklorida dan derivatifnya boleh meningkatkan keupayaan pengurusan haba bateri. Dengan meningkatkan kekonduksian terma dan kestabilan terma elektrolit, bateri boleh menghilangkan haba dengan lebih berkesan apabila berjalan pada beban tinggi, sekali gus mengurangkan kemungkinan pelarian haba.
6. Mencegah pelarian haba bahan elektrod positif
Dalam sesetengah kes, pelarian haba bahan elektrod positif adalah salah satu faktor utama yang membawa kepada isu keselamatan bateri. Zirkonium tetraklorida dan derivatifnya boleh mengurangkan risiko pelarian haba dengan melaraskan sifat kimia elektrolit dan mengurangkan tindak balas penguraian bahan elektrod positif pada suhu tinggi.
Masa siaran: Apr-29-2025