Kurze Erläuterung zu Eisenphosphat

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Interessierte Freunde können sich meine anderen Artikel ansehen unter http://www.haolin.biz/UserForum/blog/bloghome.html. Jeder, der sich für neue Energiefahrzeuge interessiert, kennt den Streit zwischen den Materialien Lithiumphosphat und Ternärmaterialien. Tatsächlich ist es nicht einfach, Lithium-Eisenphosphat von hoher Qualität zu erhalten. Neben der Anpassung und Kontrolle der Herstellungsbedingungen sind auch die Anforderungen an die Rohstoffe äußerst streng. Tatsächlich ist es, um Materialien auf Basis von Lithiumphosphat mit hervorragenden Eigenschaften herzustellen, zunächst notwendig, hochleistungsfähige Vorläuferstoffe zu entwickeln. Dabei ist die Verwendung von Lithiumphosphat als Grundlage für diese Vorläuferstoffe eine sehr gute Wahl. Allerdings gibt es derzeit immer noch Probleme wie eine unzureichend entwickelte Herstellungsprozess für Eisenphosphat sowie instabile Produktqualitäten. Physikalisch-chemische Eigenschaften: Eisenphosphat FePO4 wird auch als Orthophosphat von Eisen bezeichnet. Es handelt sich dabei um ein Eisenphosphat, bei dem die Eisenionen in der zweiten Oxidationsstufe vorliegen; in diesem Fall handelt es sich um Ferrophosphat. Die Dichte von FePO4 beträgt 2,74. Im Naturzustand wird FePO4 als Azurit bezeichnet. In FePO4 befindet sich Eisen in der dritten Oxidationsstufe. Meistens kommt FePO4 in Form eines Dihydrats vor. Abgesehen von Schwefelsäure ist es nur schwer löslich in anderen Säuren – fast unlöslich in Wasser, Essigsäure und Alkoholen. Es handelt sich um ein weißes oder grauweißes, monoklines Kristallpulver. Es entsteht durch die Reaktion einer Eisensalzlösung mit Natriumphosphat; dabei hat das Eisen eine positive Dreifachladung. Es weist Eigenschaften wie Giftfreiheit, niedrige Kosten und strukturelle Stabilität auf. SEM-Bilder von Eisenphosphat mit verschiedenen Molfraten von Eisen zu Phosphor (aus Literatur). Eisenphosphat weist viele verschiedene Strukturen auf, darunter hauptsächlich Wüstit-, monokline, a-Quarzstruktur, orthorhombische sowie amorphe Strukturen. Eisenphosphat mit der Struktur von Hypophosphit-Eisen-Mangan ist das De-Lithiumisierungsprodukt von LiFePO4; beide haben eine ähnliche Struktur und gehören zur orthorhombischen Kristallsystemklasse. Die Kristallstruktur des monoklinen Phosphitminerals FePO4·2H2O besteht aus einem dreidimensionalen Gitter, das durch gemeinsam genutzte Ecken von PO4-Tetraedern und FeO6-Oktaedern gebildet wird. Im Vergleich zur triklinen Kristallstruktur weist FePO4·2H2O in dieser Struktur eine geringere Wärmestabilität auf. Studien haben gezeigt, dass das elektrochemische Verhalten von FePO4·2H2O im monoklinen Kristallsystem besser ist als im triklinen Kristallsystem. Im monoklinen FePO4·2H2O weist das Verbindungsmaterial aufgrund der Wechselwirkungen zwischen den Fe-O-Fe-Bindungen eine starke diamagnetische Eigenschaft auf. Sowohl das elektrochemische Verhalten als auch die Magnetisierbarkeit hängen von seiner Struktur ab (Quelle: Literatur). Anwendungsbereiche: Der Einsatz von Eisen ist seit Jahrtausenden üblich; die vollständige Nutzung von Eisensalzen begann hingegen erst nach der Industriellen Revolution. Nach jahrelanger Entwicklung und Nutzung hat Eisenphosphat eine sehr breite Anwendungsbreite und wird unter anderem in Katalysatoren, Zusatzstoffen sowie als Rohstoff für die Herstellung von Elektrodenmaterialien eingesetzt. Als Katalysator kann Eisenphosphat in nanoskaliger Form eingesetzt werden. Es weist eine ausgeprägte Wirkung bei der Dehydrogenation auf und ermöglicht eine selektive Oxidationskatalyse. In der organischen Synthese zeigt es daher großes Anwendungspotenzial. Als Zusatzstoff kann Eisenphosphat als Zuschlagstoff für Zement oder als Stärkungsmittel für Eisen verwendet werden. Durch Zugabe von Eisenphosphat zu Magnesiumoxid-Zement erhält man ein Produkt, das aus Magnesiumgel und Zement besteht; dieser Zement weist gute wasserbeständige Eigenschaften auf. Da Eisen dreiwertig ist, oxidiert es in der Luft nicht leicht. Deshalb kann FePO4 in Lebensmittel hinzugefügt werden, damit diese über einen längeren Zeitraum aufbewahrt werden können. Zudem kann dadurch das Eisengehalt im Körper ergänzt werden, wodurch die Fähigkeit des Hämoglobins, Sauerstoff zu transportieren, verbessert wird. Dadurch können Symptome einer Eisensuffizienz verhindert werden. Als Elektrodenmaterial und Rohstoff ist das dreiwertige FePO4 aufgrund seines geringen Kostenniveaus, seiner weit verbreiteten Verfügbarkeit sowie seiner geeigneten Spannung und hohen theoretischen Speicherkapazität ein vielversprechendes Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien. Doch FePO4 weist verschiedene Kristallformen auf, und ihre elektrochemische Aktivität variiert. Um eine höhere spezifische Kapazität zu erzielen, ist es ein wirksames Mittel, die Partikelgröße zu verringern. FePO4 als Elektrodenmaterial ist seine Hauptanwendung in der Industrie. Es ist das Entlithiumierungsprodukt von LiFePO4 und kann daher als Ausgangsstoff zur Synthese dieses Materials verwendet werden. Als Rostschutzfarbe kann Eisenphosphat die üblicherweise verwendeten, giftigen Stoffe wie Rotglut (Pb3O4), Zinkphosphat, Bleichromgelb (PbCrO4) sowie Zinkchromgelb (mit dem Hauptbestandteil ZnCrO4) ersetzen und wird daher weit verbreitet als Rostschutzfarbe für Stahlprodukte eingesetzt. Der Rostschutzmechanismus lässt sich wie folgt erklären: Eisenphosphat-Dihydrat führt durch Hydrolyse zur Bildung von Phosphat-Ionen. Diese interagieren mit den dreiwertigen Eisenionen an der Oberfläche der Stahlprodukte und bilden so eine Schutzschicht aus FePO4. Dadurch wird ein direkter Kontakt zwischen Luft und Feuchtigkeit sowie der Stahloberfläche verhindert, wodurch der Rostschutz erreicht wird. Anmerkung des Herausgebers: Kristallsysteme: Kristalle können anhand der symmetrischen Elemente, die sich in ihrer idealen Form oder in ihren makroskopischen physikalischen Eigenschaften zeigen, in 7 Kategorien eingeteilt werden – nämlich kubisch, hexagonal, triklin, tetragonal, orthorhombisch, monoklin und trigonaler Kristalltyp. Das sind somit 7 Kristallsysteme, die wiederum zu 3 verschiedenen Kristallfamilien gehören. In der Klasse der hochentwickelten Kristallsysteme gibt es nur das kubische Kristallsystem ； In der mittleren Kristallklasse gibt es drei Kristallsysteme: hexagonal, tetragonal und trigonal ； Zu den niedrigeren Kristallsystemen gehören das orthogonale, das monokline und das trikline System. Kathodenmaterial: Die wichtigsten Bestandteile von Lithium-Ionen-Batterien sind das Elektrolyt, das Trennmaterial sowie die Kathoden- und Anodenmaterialien. Das Kathodenmaterial macht einen großen Anteil aus (das Massenverhältnis von Kathoden- zu Anodenmaterial beträgt 3:1 bis 4:1), denn die Eigenschaften des Kathodenmaterials beeinflussen direkt die Leistung der Lithium-Ionen-Batterien. Zudem bestimmt sein Preis maßgeblich den Gesamtpreis der Batterie.