Demir fosfat hakkında kısa bir bilgi

Thread Content

İlgilenen arkadaşlar diğer makalelerime göz atabilirler: http://www.haolin.biz/UserForum/blog/bloghome.html Yeni enerji araçları konusuna ilgi duyan herkes, lityum demir fosfat malzemeleri ile triyazik malzemeler arasındaki rekabeti bilir. Aslında, yüksek kaliteli lityum demir fosfat elde etmek kolay bir iş değildir; işlem koşullarının ayarlanması ve kontrolünün yanı sıra hammaddeye ilişkin gereklilikler de son derece katıdır. Aslında, mükemmel özelliklere sahip lityum demir fosfat malzemeleri üretmek için öncelikle yüksek performanslı öncü maddeler üretilmelidir ve öncü maddelerin üretimi için lityum demir fosfat kullanmak oldukça iyi bir seçenektir. Ancak şu an hâlâ demir fosfat üretim sürecinin olgunlaşmamış olması, ürün performansının istikrarsız olması gibi sorunlar mevcuttur. Fizikokimyasal özellikler: Demir fosfat FePO4, aynı zamanda pozitif demir fosfat veya yüksek demirli fosfat olarak da adlandırılır (iki değerlikli demir iyonları için ise demir fosfit kullanılır). Özgül ağırlığı 2,74’tür. Doğada bulunan FePO4’e lazurit denir. FePO4’teki demir üç değerliklidir ve çoğunlukla dihidrat halindedir. Sülfürik asidin dışında diğer asitlerde çözünmez; su, asetik asit ve alkolde neredeyse hiç çözünmez. Beyaz veya gri-beyaz renkte, monoklinik kristal tozudur; demir tuzları çözeltisi ile sodyum fosfatın reaksiyonu sonucu oluşur ve içindeki demir pozitif üç değerliklidir. Zehirsiz, düşük maliyetli ve yapısal olarak stabil olma gibi özelliklere sahiptir. Farklı demir-fosfor mol oranlarıyla sentezlenen demir fosfatın SEM görüntüleri (kaynaktan alınmıştır). Demir fosfatın birçok farklı yapısı vardır; bunlar arasında hauyit, monoklinik, a-kuarz yapısı, ortorombik ve amorf yapılar yer alır. İzofosfit-demir-manganez minerali yapısına sahip demir fosfat ise LiFePO4’ün lityumunu kaybetmesiyle oluşan bir üründür; her ikisinin de yapısı benzerdir ve her ikisi de ortogonal kristal sistemine aittir. Monoklinik kristal sistemindeki fosfit FePO4·2H2O’nun kristal yapısı, PO4 tetraedrlerinin ve FeO6 oktahedrlerinin köşelerini paylaşarak oluşturduğu üç boyutlu bir iskelet yapısından oluşur; triklinik kristal sistemindeki FePO4·2H2O’ya kıyasla bu yapı nedeniyle daha düşük termal stabiliteye sahiptir. Araştırmalar, monoklinik kristal sistemine ait FePO4·2H2O’nun elektrokimyasal özelliklerinin triklinik kristal sistemine kıyasla daha üstün olduğunu göstermiştir. Monoklinik kristal sistemine ait FePO4·2H2O’da, Fe-O-Fe bağlarının birbirleriyle olan etkileşimi nedeniyle bileşik güçlü antiferromanyetik özellikler gösterir; hem elektrokimyasal özellikleri hem de manyetik özellikleri yapısıyla ilişkilidir (bilgi kaynağı: literatür). Uygulama alanları: Demir ürünlerinin kullanımı bin yıldır devam etmektedir; demir tuzlarının kapsamlı olarak kullanılması ise Sanayi Devrimi’nden sonra başlamıştır. Demir fosfat, yıllar süren geliştirme ve kullanım sonucunda oldukça geniş bir uygulama alanına sahip olmuştur; katalizörler, katkı maddeleri, elektrot malzemelerinin sentezinde kullanılan ham maddeler gibi alanlarda kullanılmaktadır. Katalizör olarak, nanometre ölçeğindeki demir fosfat kullanılabilir; oksidasyon-indirgenme reaksiyonlarında oldukça etkilidir, seçici oksidasyon katalizasyonu sağlayabilir ve organik sentez alanında uygulama potansiyeli göstermiştir. Bir katkı maddesi olarak, demir fosfat hem çimento katkı maddesi olarak hem de demir güçlendiricisi olarak kullanılabilir. Magnezyum oksit çimentosuna demir fosfat eklenmesiyle, iyi su direncine sahip magnezyum yapıştırıcı ve çimento elde edilebilir. Demir üç değerlikli olduğu için havada kolayca oksitlenmez; bu nedenle FePO4, gıdalara eklenerek gıdaların uzun süre saklanmasını sağlar. Aynı zamanda vücuttaki demir miktarını artırarak hemoglobinin oksijen taşıma kapasitesini yükseltir ve demir eksikliği anemisi belirtilerinin ortaya çıkmasını önler. Elektrot malzemesi ve ham madde olarak, üç değerlikli FePO4’ün ham madde maliyeti düşüktür, kaynakları oldukça geniştir ve uygun bir voltaja sahip olup yüksek teorik özgül kapasiteye sahiptir; bu nedenle oldukça umut verici bir lityum iyon pil katot malzemesidir. Ancak FePO4’ün birçok kristal formu vardır ve elektrokimyasal aktiviteleri birbirinden farklıdır; daha yüksek özgül kapasite elde etmek için parçacık boyutlarını küçültmek etkili bir yöntemdir. FePO4’ün elektrot malzemesi olarak kullanılması, onun endüstrideki başlıca uygulamasıdır. Bu, LiFePO4’ün lityum kaybı ürünüdür; bu nedenle bu malzemenin öncüsü olarak sentez için hammadde olarak kullanılabilir. Koruyucu boya olarak demir fosfat, yaygın olarak kullanılan toksik kırmızı kurşun (Pb3O4), çinko fosfat, kurşun-krom sarısı (PbCrO4) ve çinko-krom sarısı (ana bileşeni ZnCrO4) gibi malzemelerin yerini alabilir ve çelik ürünlerin korunmasında geniş ölçüde kullanılır. Koruma mekanizması şu şekilde açıklanabilir: Demir fosfat dihidrat, hidroliz yoluyla fosfat iyonları üretir ve bu iyonlar, çelik ürünlerin yüzeyindeki üç değerlikli demir iyonlarıyla etkileşime girerek FePO4 adlı bir pas önleyici film oluşturur. Böylece hava ve nemin çelik ürünlerin yüzeyiyle doğrudan teması engellenir ve böylece paslanma önlenmiş olur. Editörün Notu: Kristal sistemleri: Kristaller, ideal kristal şekillerinde veya genel makroskopik fiziksel özelliklerinde gösterdikleri simetri elemanlarına göre kübik, altıgen, üçgen, dörtgen, ortogonal, monoklinik, triklinik olmak üzere 7 farklı sınıfa ayrılır; bunlar 3 farklı kristal ailesine dahildir. Üst düzey kristal sistemler arasında yalnızca kübik kristal sistemi vardır ； Orta seviye kristal sistemlerinde altıgen, dörtgen ve üçgen olmak üzere üç kristal serisi bulunur ； Düşük dereceli kristal sistemlerinde ortogonal, monoklinik ve triklinik olmak üzere üç kristal serisi bulunur. Pozitif elektrot malzemesi: Lityum iyon pillerinin temel bileşenleri arasında elektrolit, izolasyon malzemesi, pozitif ve negatif elektrot malzemeleri yer alır. Pozitif elektrot malzemesi büyük bir oranı oluşturur (pozitif ve negatif elektrot malzemelerinin kütlesel oranı 3:1–4:1 arasındadır), çünkü pozitif elektrot malzemesinin özellikleri lityum iyon pillerinin performansını doğrudan etkiler ve maliyeti de pilin toplam maliyetini belirler.