گفتاری کوتاه درباره فسفات آهن

Thread Content

دوستانی که علاقه‌مند هستند می‌توانند به مقالات دیگر من مراجعه کنند: http://www.haolin.biz/UserForum/blog/bloghome.html. هر کسی که به خودروهای نوین انرژی‌بر است، از رقابت بین مواد فسفات لیتیوم-آهن و مواد سه‌عنصری آگاه است. در واقع، به دست آوردن فسفات لیتیوم آهن با کیفیت بالا کار آسانی نیست؛ علاوه بر تنظیم و کنترل شرایط فرآیندی، الزامات مربوط به مواد اولیه نیز بسیار سختگیرانه است. در واقع، برای تهیه مواد لیتیوم فسفات آهن با عملکرد برتر، ابتدا باید پیش‌موادی با کارایی بالا تولید شوند و استفاده از فسفات آهن برای ساخت این پیش‌مواد گزینه‌ای بسیار خوب است. با این حال، هنوز مشکلاتی مانند بالغ نبودن فرآیند تولید فسفات آهن و عدم پایداری کیفیت محصولات وجود دارد. خواص فیزیکوشیمیایی: فسفات آهن FePO4، که به نام فسفات آهن مثبت یا فسفات آهن منیزیمی نیز شناخته می‌شود، چگالی آن ۲.۷۴ است. FePO4 موجود در طبیعت، «لیمونیت» نامیده می‌شود؛ در این ترکیب، آهن در حالت سه‌ارزشی قرار دارد و عمدتاً به صورت دوهیدرات وجود دارد. این ترکیب به جز سولفوریک اسید، در سایر اسیدها حل نمی‌شود و تقریباً در آب، استیک اسید و الکل نیز حل نمی‌گردد. این ماده، پودری کریستالی تک‌مختصاتی به رنگ سفید یا خاکستری-سفید است؛ نوعی نمک حاصل از واکنش محلول‌های فسفات آهن با سدیم فسفات است، که در آن آهن در حالت والانس مثبت سه‌مثبت قرار دارد. ویژگی‌هایی مانند بی‌سم بودن، هزینه پایین و پایداری ساختاری دارد. تصاویر SEM فسفات آهن سنتزشده با نسبت‌های مولی مختلف آهن و فسفر (برگرفته از منابع علمی). فسفات آهن دارای ساختارهای متعددی است؛ از جمله ایزوفسفات آهن-منگنز، ساختار تک‌مخروطی، ساختار کوارتز a، ساختار مورب و ساختار بی‌شکل. فسفات آهن که دارای ساختار مینرال هماتیت فسفات است، محصول حذف لیتیوم از LiFePO4 می‌باشد؛ ساختار هر دو مشابه بوده و هر دو جزو دسته بلورهای تقارنی می‌باشند. ساختار بلوری فسفریت FePO4·2H2O در سیستم بلوری تک‌مخروطی، از طریق اشتراک گذاشتن زوایا توسط تتراهدرال‌های PO4 و هگزاهدرال‌های FeO6 برای ایجاد یک ساختار سه‌بعدی تشکیل شده است؛ در مقایسه با سیستم بلوری رومبیک، پایداری حرارتی FePO4·2H2O در این سیستم کمتر است. مطالعات نشان داده‌اند که ویژگی‌های الکتروشیمیایی FePO4·2H2O در ساختار تک‌مختصاتی، بهتر از ساختار سه‌مختصاتی آن است. در FePO4·2H2O با ساختار تک‌مختصاتی، به دلیل برهمکنش پیوندهای Fe-O-Fe، این ترکیب دارای خواص ضدمغناطیسی قوی است؛ هم ویژگی‌های الکتروشیمیایی و هم خواص مغناطیسی آن به ساختارش بستگی دارد (منبع: منابع علمی). حوزه‌های کاربرد: استفاده از فلز آهن هزاران سال است که ادامه داشته است، اما استفاده جامع از نمک‌های آهن پس از انقلاب صنعتی رخ داده است. فسفات آهن پس از سال‌ها توسعه و استفاده، کاربردهای بسیار گسترده‌ای دارد و در زمینه‌هایی مانند کاتالیزورها، افزودنی‌ها و مواد اولیه برای سنتز مواد الکترودی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان کاتالیزور، فسفات آهن در مقیاس نانو می‌تواند به عنوان کاتالیزور مورد استفاده قرار گیرد؛ این ماده در فرآیندهای اکسیداسیون-احیا عملکرد بسیار خوبی دارد و امکان اکسیداسیون انتخابی را فراهم می‌کند. همچنین، پتانسیل کاربردی آن در زمینه سنتز ارگانیک نیز مشهود است. به عنوان افزودنی، فسفات آهن می‌تواند به عنوان افزودنی در سیمان و همچنین به عنوان تقویت‌کننده آهن استفاده شود. پس از افزودن فسفات آهن به بتن منیزیم، می‌توان ژل منیزیم و بتنی به دست آورد که دارای خاصیت مقاومت خوبی در برابر آب است. از آنجایی که آهن دارای ولتاژ سه‌مثبت است، به راحتی در هوا اکسید نمی‌شود؛ بنابراین می‌توان FePO4 را به مواد غذایی اضافه کرد تا این مواد بتوانند برای مدت طولانی نگهداری شوند. همچنین، این ماده می‌تواند کمبود آهن در بدن را جبران کرده، توانایی هموگلوبین در جذب اکسیژن را افزایش داده و از بروز علائم کم‌خونی ناشی از کمبود آهن جلوگیری کند. به عنوان ماده الکترودی و مواد خام، FePO4 با چگالی انرژی نظری بالا و ولتاژ مناسب، همراه با هزینه خام پایین و در دسترس بودن گسترده، یک ماده کاتدی بسیار باپتانسیل برای باتری‌های لیتیوم-یونی است. اما FePO4 دارای چندین الگوی بلوری است و فعالیت الکتروشیمیایی آن‌ها یکسان نیست؛ برای دستیابی به ظرفیت ویژه بالاتر، کوچک کردن اندازه ذرات روشی مؤثر است. کاربرد اصلی FePO4 به عنوان ماده الکترودی، در صنعت است. این محصول حذف لیتیوم از LiFePO4 است، بنابراین می‌تواند به عنوان ماده اولیه برای سنتز این ماده به کار رود. به عنوان رنگ ضدزنگ، فسفات آهن می‌تواند جایگزین مواد معمولاً مورد استفاده و سمی مانند ردان قرمز (Pb3O4)، فسفات روی، زرد سرب-کروم (PbCrO4) و زرد روی-کروم (که ترکیب اصلی آن ZnCrO4 است) شود و به طور گسترده در رنگ‌های ضدزنگ محصولات فولادی کاربرد دارد. مکانیسم ضدزنگ‌زایی آن را می‌توان این‌گونه توصیف کرد: فسفات آهن دی‌هیدرات از طریق هیدرولیز، یون‌های فسفات تولید می‌کند؛ این یون‌ها با یون‌های آهن سه‌ارزشی در سطح قطعات فولادی واکنش داده و لایه‌ای از FePO4 ایجاد می‌کنند. این لایه، تماس مستقیم هوا و رطوبت با سطح قطعات فولادی را متوقف کرده و در نتیجه از زنگ‌زدگی جلوگیری می‌کند. یادداشت ویراستار: دسته‌بندی سیستم‌های بلوری: بلورها بر اساس عناصر تقارنی که در شکل ایده‌آل آن‌ها یا در ویژگی‌های فیزیکی کلی ظاهر می‌شوند، می‌توانند به ۷ دسته از جمله مکعبی، هگزاگونال، تریگونال، تتراگونال، اورتورومبیک، مونوکلینیک و تریکلینیک تقسیم شوند؛ این‌ها ۷ سیستم بلوری هستند که به ۳ خانواده بلوری مختلف تعلق دارند. در گروه کریستالی پیشرفته، تنها یک سیستم بلوری مکعبی وجود دارد ； در خانواده بلوری متوسط، سه سیستم بلوری وجود دارد: هگزاگونال، تتراگونال و تریگونال ； در خانواده‌های کریستالی پایین‌رتبه، سه سیستم کریستالی وجود دارد: اورتورتونال، مونوکلینیک و تریکلینیک. مواد الکترود مثبت: مواد اصلی تشکیل‌دهنده باتری‌های لیتیوم-یونی شامل الکترولیت، مواد جداکننده، و مواد الکترود مثبت و منفی می‌باشند. مواد الکترود مثبت سهم بزرگی دارند (نسبت جرم مواد الکترود مثبت و منفی بین ۳:۱ تا ۴:۱ است)، زیرا عملکرد مواد الکترود مثبت مستقیماً بر عملکرد باتری‌های لیتیوم-یونی تأثیر می‌گذارد و هزینه آن‌ها نیز مستقیماً تعیین‌کننده هزینه کل باتری است.