LifePO4-akumulátory: charakteristiky, funkce, typy

K dnešnímu dni existuje velké množství baterií s různými typy chemie. Nejobvyklejšími bateriemi jsou lithium-iontové baterie. Stejná skupina obsahuje baterie typu lithium-železo-fosfát (ferofosfát). Pokud jsou všechny baterie, které patří do této kategorie jsou obecně podobné navzájem o technických vlastnostech, lithium železo fosfátu baterie má své jedinečné vlastnosti, které je odlišují od ostatních baterií vyrobených z lithium-iontové technologii.

Historie objevu lithium-železo-fosfátové baterie

Vynálezcem baterie LiFePO4 je John Goodenough, který v roce 1996 pracoval na univerzitě v Texasu, aby vytvořil nový katodový materiál pro lithium-iontové baterie. Profesorovi se podařilo vytvořit materiál, který je levnější, má nižší toxicitu a vyšší tepelnou stabilitu. Mezi nevýhody baterie, která používala novou katodu, byla menší kapacita.

Nikdo se nezajímal o vynález John Goodenough, ale v roce 2003 se společnost A 123 Systems rozhodla vyvinout tuto technologii, vzhledem k tomu, že je docela slibná. Mnoho velkých společností se stalo investory této technologie - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.

Charakteristika baterií LiFePO4

Napětí ferofosfátové baterie je stejné jako u jiných baterií souvisejících s lithium-iontovou technologií. Jmenovité napětí závisí na rozměrech baterie (velikost, tvarový faktor). U baterií je 18,650 3,7 V, pro 10 440 (malé prsty) - 3,2, pro 24 330 - 3,6.

Prakticky všechny baterie mají během vypouštění nízké napětí. Jednou z jedinečných vlastností je stabilita napětí při práci s bateriemi LiFePO4. Podobné vlastnosti napětí mají baterie vyrobené niklovou technologií (nikl-kadmium, nikl-hydrid kovu). V závislosti na velikosti je lithium-železo-fosfátová baterie schopna dodávat od 3,0 do 3,2 voltů až do úplného vybití. Tato vlastnost dává těmto bateriím více výhod při jejich použití v obvodech, protože prakticky eliminuje potřebu regulace napětí.

Napětí při plném vybití je 2,0 voltů, což je nejnižší registrovaná hranice pro výboj mezi všemi bateriemi na lithiové technologii. Tyto baterie jsou lídry v životnosti, což odpovídá 2000 cyklům nabíjení a vybíjení. Vzhledem k bezpečnosti chemické struktury lze baterie LiFePO4 nabíjet pomocí speciální akcelerované metody delta V, pokud je na akumulátor použit velký proud.

Mnoho baterií nemůže vydržet nabíjení touto metodou, což vede k jejich nadměrnému ohřevu a poškození. V případě lithium-železo-fosfátových baterií je tato metoda nejen možná, ale i doporučená. Proto je obzvláště při nabíjení těchto baterií speciální nabíječky. Samozřejmě takové nabíječky Nepoužívejte na baterie s jinými chemikáliemi. V závislosti na tvarovém faktoru mohou být lithium-železo-fosfátové baterie na takových nabíječkách plně nabité za 15-30 minut.

Nedávný vývoj v oblasti baterií LiFePO4 nabízí uživatelské baterie s vylepšeným rozsahem provozních teplot. Pokud standardní rozsah pro lithium-iontové baterie pracuje od -20 do + 20 stupňů Celsia, pak lithium-železo-fosfátové baterie mohou dokonale fungovat v rozmezí -30 až +55. Nabíjení nebo vybíjení akumulátoru při teplotách nad nebo pod těmi, které jsou popsány, vážně poškodí akumulátor.

Lithium-železo-fosfátové baterie jsou vystaveny účinkům stárnutí v mnohem menším rozsahu ve srovnání s jinými lithium-iontovými bateriemi. Stárnutí je přirozenou ztrátou kapacity v průběhu času, což nezávisí na tom, zda je baterie používána nebo na polici. Pro srovnání: všechny lithium-iontové baterie každoročně ztrácejí asi 10% kapacitu. Lithium-iron-phosphate pouze ztrácí 1,5%.

Z nevýhod těchto baterií je přidělen menší kapacita, která je o 14% méně (nebo asi) o 14% méně než ostatní lithium-iontové baterie.

Bezpečnost ferofosfátových baterií

Tento typ baterie je považován za jeden z nejbezpečnějších ze všech existujících typů baterií. Lithium-fosfátové baterie LiFePO4 mají velmi stabilní chemii a jsou schopny odolat vysokému zatížení při výboji (při provozu s nízkým odporem) a nabíjení (při nabíjení baterie vysokými proudy).

Vzhledem k tomu, že fosfáty jsou chemicky bezpečné, jsou tyto baterie jednodušeji zlikvidovány poté, co splňují svůj zdroj. Mnoho baterií s nebezpečnou chemikálií (například lithium-kobalt) musí být podrobeno dodatečnému procesu likvidace, aby se vyloučilo jejich nebezpečí pro životní prostředí.

Nabíjí lithium-železo-fosfátové baterie

Jedním z důvodů pro komerční zájem investorů o chemii ferofosfátů se stala možnost rychlého nabíjení, která vyplývá ze své stability. Bezprostředně po organizaci pipetování baterií LiFePO4 byly umístěny jako baterie, které lze rychle nabitou baterií.

Za tímto účelem byly vyrobeny speciální nabíječky. Jak již bylo uvedeno výše, takové nabíječky Nepoužívejte na jiných bateriích, protože to způsobí jejich přehřátí a vážně je poškodí.

Speciální nabíječ pro tyto baterie může nabíjet 12-15 minut. Baterie Ferrofosfatnye lze nabíjet a konvenční nabíječky. K dispozici jsou také kombinované verze nabíječek s oběma režimy nabíjení. Nejlepším řešením bude samozřejmě použití inteligentních nabíječek s mnoha možnostmi, které regulují nabíjecí proces.

Zařízení lithium-iron-fosfátová baterie

Žádné funkce ve vnitřním zařízení LiFePO4 lithium-železo-fosfát baterie ve srovnání s jejich protějšky na chemické technologie není. Pouze jeden prvek prošel změnou: katoda vyrobená z fosforečnanu železitého. Anodový materiál je lithium (všechny lithium-iontové baterie mají lithiovou anodu).

Provoz každé baterie je založen na reverzibilitě chemické reakce. V opačném případě se procesy, které se vyskytují uvnitř baterie, nazývají oxidační a redukční procesy. Každá baterie se skládá z elektrod - katody (mínus) a anody (plus). Také uvnitř každé baterie je separátor - porézní materiál impregnovaný speciální kapalinou - elektrolytem.

Když je baterie vybita, ionty lithia se pohybují oddělovačem od katody k anodě, čímž vylučují nahromaděné náboje (oxidace). Při nabíjení baterií se ionty lithia pohybují v opačném směru od anody k katodě a akumulují náboj (zotavení).

Typy lithium-železo-fosfátových baterií

Všechny druhy baterií v této chemii lze rozdělit do čtyř kategorií:

• Vysoce kvalitní baterie.
• Velké buňky ve tvaru rovnoběžnosti.
• Malé buňky ve tvaru rovnoběžnosti (hranoly - akumulátory LiFePO4 při 3,2 V).
• Malé ploché baterie (balení).
• Válcové akumulátory.

Lithium-železo-fosfátové baterie a články mohou mít různá jmenovitá napětí od 12 do 60 voltů. Jsou v mnoha ohledech před tradičními olověnými kyselinami: pracovní cyklus je mnohem vyšší, hmotnost je několikrát nižší, dobíjena několikrát rychleji.

Válcové akumulátory na této chemii se používají samostatně i v obvodu. Rozměry těchto válcových baterií jsou velmi odlišné: od 14 500 (prstů) po 32 650.

Lithium-železo-fosfátové baterie

Zvláštní pozornost je věnována ferofosfátovým bateriím pro jízdní kola a elektrické cykly. Díky vynálezu nové katodě železo-fosfátu spolu s jinými typy baterií se na této chemii objevily speciální baterie, které díky svým vylepšeným vlastnostem a nižší hmotnosti mohou být použity i na běžných jízdních kolách. Podobné AKB najednou našly oblibu mezi fanoušky modernizace jízdních kol. Lithium-železo-fosfátové akumulátory jsou schopny poskytnout několik hodin bezstarostnou jízdu na kole, než hodných soupeři spalovacích motorů, které se také často instalovány na kolech. Obvykle se pro tyto účely používají baterie LiFePO4 po dobu 48V, ale je zde možnost zakoupit baterie pro 25, 36 a 60 voltů.

Použití ferofosfátových baterií

Úloha baterie v této chemii je pochopitelná bez komentáře. Pro různé účely se používají prismy - baterie LiFePO4 3,2 v. Větší buňky se používají jako prvky vyrovnávací systémy pro solární energii a větrné turbíny. Ferrofosfatnye akumulátory se aktivně používají při konstrukci elektrických vozidel.

Malé plné baterie se používají pro telefony, notebooky a tabletové počítače. Jsou použity cylindrické buňky různých tvarových faktorů airsoftové zbraně, elektronické cigarety, modely s rádiovým ovládáním atd.