LifePO4-akumulatorji: značilnosti, značilnosti, vrste

Do danes je veliko baterij z različnimi vrstami kemije. Najbolj priljubljene baterije danes so litij-ionske baterije. Ista skupina vključuje litijeve železo-fosfatne (ferrofosfatne) baterije. Če so vse baterije, ki spadajo v to kategorijo na splošno podobni drug drugemu na tehnične značilnosti, litij železo fosfat baterija ima svoje edinstvene lastnosti, ki jih ločijo od drugih baterij iz litij-ionske tehnologije.

Zgodovina odkrivanja litij-železovega-fosfatnega akumulatorja

Izumitelj LiFePO4 baterije je John Goodenough, ki je delal na Univerzi v Teksasu leta 1996, da je ustvaril nov katodni material za litij-ionske baterije. Profesorju je uspelo ustvariti material, ki je bolj poceni, z manj toksičnostjo in večjo toplotno stabilnostjo. Med pomanjkljivostjo baterije, ki je uporabljala novo katodo, je bila manjša zmogljivost.

Nihče se ni zanimal za izum John Goodenougha, vendar se je leta 2003 podjetje A 123 Systems odločilo za razvoj te tehnologije, saj je to precej obetavno. Mnoge velike korporacije so postale vlagatelji te tehnologije - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.

Značilnosti baterij LiFePO4

Napetost fero-fosfatne baterije je enaka kot pri drugih baterijah, povezanih z litij-ionsko tehnologijo. Nazivna napetost je odvisna od dimenzije baterije (velikost, oblika). Pri baterijah je 18.650 3,7 voltov, za 10 440 (mali prsti) - 3,2, za 24 330 - 3,6.

Skoraj vse baterije imajo pri praznjenju nizko napetost. Ena od edinstvenih lastnosti je stabilnost napetosti pri delu z LiFePO4 baterijami. Značilnosti napetosti, ki so podobne baterijam, so izdelane s tehnologijo niklja (nikelj-kadmij, nikelj-kovinski hidrid). Litij-železo-fosfatna baterija je odvisna od velikosti, ki je sposobna dati od 3,0 do 3,2 voltov do polnega praznjenja. Ta lastnost omogoča večjo prednost teh baterij, če jih uporabljamo v vezjih, saj praktično odpravlja potrebo po regulaciji napetosti.

Napetost pri polnem praznjenju je 2,0 V, kar je najnižja registrirana meja za izpust med vsemi akumulatorji na litijevi tehnologiji. Te baterije so vodilni v življenjski dobi, kar je enako 2000 ciklusov za polnjenje in praznjenje. Glede na varnost svoje kemične strukture se LiFePO4 baterije lahko polnijo s posebno pospešeno metodo delta V, ko se na baterijo nanese velik tok.

Mnoge baterije ne morejo vzdržati polnjenja s to metodo, kar vodi do njihovega prekomernega ogrevanja in poškodb. V primeru litijevega železovega-fosfatnega akumulatorja ta metoda ni mogoča le, temveč tudi priporočljiva. Zato, zlasti za polnjenje takšnih baterij, obstajajo posebni polnilci. Seveda, tako polnilci Ne uporabljajte baterij z drugimi kemikalijami. Odvisno od oblikovalnega faktorja, lahko litijeve-železov-fosfatne baterije na takih polnilnikih popolnoma napolnijo v 15-30 minutah.

Nedavni razvoj na področju LiFePO4-baterij ponujajo uporabniškim akumulatorjem boljši obseg obratovalnih temperatur. Če standardno območje za litij-ionske baterije deluje od -20 do +20 stopinj Celzija, lahko litij-železov-fosfatni akumulator deluje odlično v območju od -30 do +55. Polnjenje ali praznjenje akumulatorja pri temperaturah, ki presegajo ali nižje od navedenih, bo močno poškodovalo akumulator.

Litij-železov-fosfatni akumulatorji so podvrženi učinku staranja v precej manjši meri v primerjavi z drugimi litij-ionskimi baterijami. Staranje je naravna izguba zmogljivosti s časom, ki ni odvisna od tega, ali se baterija uporablja ali na polici. Za primerjavo: vse litij-ionske baterije vsako leto izgubijo približno 10% zmogljivosti. Litij-železov-fosfat le izgubi 1,5%.

Iz pomanjkljivosti teh baterij je dodeliti manjšo kapaciteto, kar je 14% manj (ali približno to) od drugih litij-ionskih baterij.

Varnost ferofosfatnih baterij

Ta vrsta baterije velja za eno najvarnejših med vsemi obstoječimi vrstami baterij. Litij-fosfatne baterije LiFePO4 imajo zelo stabilno kemijo in so sposobne prenesti visoke obremenitve med praznjenjem (pri delovanju z nizko upornostjo) in polnjenjem (pri polnjenju baterije z visokimi tokovi).

Ker so fosfati kemično varni, so te baterije lažje odstranjevati, potem ko so izpolnili svoj vir. Veliko baterij za nevarne kemije (na primer litij-kobalt) je treba podvreči dodatnim postopkom odstranjevanja, da bi negirali njihovo nevarnost za okolje.

Polnjenje litij-železov-fosfatnih baterij

Eden od razlogov za komercialni interes vlagateljev v kemijo ferrofosfatov je postal možnost hitrega zaračunavanja, ki izhaja iz njegove stabilnosti. Takoj po organizaciji cevovoda LiFePO4-baterij so bili nameščeni kot baterije, ki jih je mogoče hitro napolniti.

V ta namen so izdelani posebni polnilci. Kot je bilo že omenjeno zgoraj polnilci Ne uporabljajte na drugih baterijah, saj se bo to povzročilo, da se bodo pregrevali in jih bodo resno pokvarili.

Poseben polnilnik za te baterije lahko polni 12-15 minut. Ferrofosfatnye akumulatorji se lahko polnijo in konvencionalni polnilci. Obstajajo tudi kombinirane različice polnilnikov z obema načinoma polnjenja. Najboljša možnost bo, seveda, uporaba pametnih polnilcev s številnimi možnostmi, ki urejajo postopek zaračunavanja.

Naprava litij-železov-fosfatna baterija

Nobene funkcije v notranji napravi litij-železo-fosfat LiFePO4 baterija v primerjavi s svojimi kolegi na kemični tehnologiji ne. Samo en element je spremenil: katodo iz železovega fosfata. Anodni material je litij (vse litijeve ionske baterije imajo litijsko anodo).

Delovanje vseh baterij temelji na reverzibilnosti kemične reakcije. V nasprotnem primeru se procesi znotraj akumulatorja imenujejo oksidacijski in redukcijski procesi. Vsaka baterija je sestavljena iz elektrod - katoda (minus) in anoda (plus). Tudi v vsaki bateriji je separator - porozen material, impregniran s posebno tekočino - elektrolit.

Ko je akumulator izpraznjen, se litijski ioni segrejejo skozi ločevalnik od katode do anode in oddajajo akumuliran naboj (oksidacija). Pri polnjenju baterije litijevih ionov se premikajo v nasprotni smeri od anode do katode, akumulirajo naboj (obnovitev).

Vrste litij-železov-fosfatnih baterij

Vse vrste baterij na tej kemiji lahko razdelimo na štiri kategorije:

• Visokokakovostna baterija.
• Velike celice v obliki paralelepipedov.
• Majhne celice v obliki paralelepipedov (prizme - LiFePO4 akumulatorji pri 3,2 V).
• Majhne ravne baterije (paketi).
• Cilindrični akumulatorji.

Litij-železo-fosfatne baterije in celice imajo lahko različne nazivne napetosti od 12 do 60 voltov. V veliko pogledih so pred tradicionalnimi svinčenimi akumulatorji: delovni cikel je veliko višji, teža je nekajkrat nižja, večkrat hitrejša.

Cilindrični akumulatorji na tej kemiji se uporabljajo ločeno in v vezju. Dimenzije teh valjastih baterij so zelo različne: od 14.500 (prst) do 32.650.

Litij-železov-fosfatni akumulatorji

Posebno pozornost posvečamo ferofosfatnim baterijam za kolesa in električna kolesa. Z izumom nove železov-fosfatne katode so skupaj z drugimi vrstami baterij na tej kemiji prišle posebne baterije, ki se zaradi izboljšanih lastnosti in manjše teže lahko uporabljajo tudi na običajnih kolesih. Podobni AKB so takoj našli priljubljenost med ljubitelji modernizacije koles. Litij-železov-fosfatni akumulatorji lahko na kolesu zagotovijo nekaj ur brezskrbno vožnje, kot so vredni konkurence motorjem z notranjim izgorevanjem, ki so se pogosto uporabljali na kolesih. Ponavadi za te namene LiFePO4 baterije uporabljajo za 48V, vendar obstaja možnost za nakup baterij za 25, 36 in 60 voltov.

Uporaba ferrofosfatnih baterij

Vloga baterije v tej kemiji je razumljiva brez komentarja. Za različne namene se uporabljajo prizmatiki - LiFePO4 baterije 3.2 v. Kot elementi se uporabljajo večje celice varovalni sistemi za sončno energijo in vetrne turbine. Ferrofosfatnye akumulatorji se aktivno uporabljajo pri gradnji električnih vozil.

Majhne ravne baterije se uporabljajo za telefone, prenosne računalnike in tablične računalnike. Uporabljamo cilindrične celice različnih faktorjev oblike zračno orožje, elektronske cigarete, radijsko nadzorovane modele itd.