Astăzi, există un număr mare de baterii cu diferite tipuri de chimie. Cele mai populare baterii astăzi sunt litiu-ion. Acest grup include și bateriile cu litiu-fier-fosfat (ferofosfat). În timp ce toate bateriile din această categorie sunt în general similare în specificațiile tehnice, bateriile cu litiu fosfat de fier au propriile caracteristici unice care le deosebesc de alte baterii fabricate folosind tehnologia litiu-ion.
Povestea descoperirii bateriei cu litiu fosfat de fier
Inventatorul bateriei LiFePO4 este John Goodenough, care a lucrat în 1996 la Universitatea din Texas la un nou material catod pentru bateriile litiu-ion. Profesorul a reușit să creeze un material care este mai ieftin, are mai puțină toxicitate și stabilitate termică ridicată. Printre deficiențele bateriei, care folosea noul catod, a fost o capacitate mai mică.
Nimeni nu a fost interesat de invenția lui John Goodenough, dar în 2003 A 123 Systems a decis să dezvolte această tehnologie, considerând-o destul de promițătoare. Multe corporații mari au devenit investitori în această tehnologie - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
Caracteristicile bateriilor LiFePO4
Tensiunea bateriei cu ferofosfat este aceeași cu cea a altor baterii cu tehnologie litiu-ion. Tensiunea nominală depinde de dimensiunile bateriei (dimensiune, factor de formă). Pentru bateriile 18 650 acesta este 3,7 volți, pentru 10 440 (degete mici) - 3,2, pentru 24 330 - 3,6.
Pentru aproape toate bateriile, tensiunea scade treptat în timpul descărcării. Una dintre caracteristicile unice este stabilitatea tensiunii atunci când lucrați cu baterii LiFePO4. Bateriile fabricate folosind tehnologia nichel (nichel-cadmiu, nichel-hidrură metalică) au caracteristici de tensiune similare cu acestea.
În funcție de dimensiune, o baterie cu litiu și fosfat de fier poate furniza între 3,0 și 3,2 volți până la descărcarea completă. Această proprietate oferă mai multe avantaje acestor baterii atunci când sunt utilizate în circuite, deoarece practic elimină nevoia de reglare a tensiunii.
Tensiunea de descărcare completă este de 2,0 volți, cea mai mică limită de descărcare înregistrată a oricărei baterii cu tehnologie cu litiu. Aceste baterii sunt lideri îndurata de viață, care este echivalentă cu 2000 de cicluri pentru încărcare și descărcare. Datorită siguranței structurii lor chimice, bateriile LiFePO4 pot fi încărcate folosind o metodă specială accelerată delta V atunci când bateriei i se aplică un curent mare.
Multe baterii nu pot rezista acestei metode de încărcare, ceea ce le face să se supraîncălzească și să se deterioreze. În cazul bateriilor litiu-fier-fosfat, utilizarea acestei metode nu este doar posibilă, ci chiar recomandată. Prin urmare, există încărcătoare speciale special pentru încărcarea unor astfel de baterii. Desigur, astfel de încărcătoare nu pot fi folosite pe baterii cu alte substanțe chimice. În funcție de factorul de formă, bateriile cu litiu fier fosfat de pe aceste încărcătoare pot fi încărcate complet în 15-30 de minute.
Evoluțiile recente în domeniul bateriilor LiFePO4 oferă utilizatorului baterii cu un interval de temperatură de funcționare îmbunătățit. Dacă intervalul standard de funcționare pentru bateriile litiu-ion este de la -20 la +20 de grade Celsius, atunci bateriile cu litiu și fier fosfat pot funcționa perfect în intervalul -30 până la +55. Încărcarea sau descărcarea unei baterii la temperaturi peste sau sub cele descrise va deteriora grav bateria.
Bateriile cu fosfat de fier litiu sunt mult mai puțin afectate de efectul de îmbătrânire decât alte baterii litiu-ion. Îmbătrânirea este pierderea naturală a capacității în timp, care este independentă dacă este folosită o baterie saueste pe raft. Prin comparație, toate bateriile litiu-ion pierd aproximativ 10% din capacitate în fiecare an. Fosfatul de fier litiu pierde doar 1,5%.
Dezavantajul acestor baterii este capacitatea mai mică, care este cu 14% mai mică (sau cam asa ceva) decât alte baterii litiu-ion.
Siguranța bateriei cu ferofosfat
Acest tip de baterii este considerat unul dintre cele mai sigure dintre toate tipurile de baterii existente. Bateriile LiFePO4 cu fosfat de litiu au o chimie foarte stabilă și sunt capabile să reziste la sarcini grele la descărcare (în funcționare cu rezistență scăzută) și la încărcare (la încărcarea bateriei cu curenți mari).
Datorită faptului că fosfații sunt siguri din punct de vedere chimic, aceste baterii sunt mai ușor de eliminat după ce și-au valorificat resursele. Multe baterii cu substanțe chimice periculoase (cum ar fi litiu-cob altul) trebuie să fie supuse unor procese suplimentare de reciclare pentru a elimina pericolul lor pentru mediu.
Încărcarea bateriilor cu fosfat de fier litiu
Unul dintre motivele interesului comercial al investitorilor în chimia ferofosfatului a fost capacitatea de a încărca rapid, rezultată din stabilitatea acestuia. Imediat după organizarea eliberării pe transportor a bateriilor LiFePO4, acestea au fost poziționate ca baterii care pot fi încărcate rapid.
În acest scop au fost produse încărcătoare speciale. După cum am menționat deja mai sus, astfel de încărcătoare nu pot fi utilizate pe alte baterii, deoarece acest lucru le va cauza supraîncălzirea și va deteriora foarte mult.ei.
Un încărcător special pentru aceste baterii le poate încărca în 12-15 minute. Bateriile cu ferofosfat pot fi încărcate și cu încărcătoare convenționale. Există, de asemenea, opțiuni de încărcare combinate cu ambele moduri de încărcare. Cea mai bună opțiune, desigur, ar fi să folosiți încărcătoare inteligente cu multe opțiuni pentru a controla procesul de încărcare.
Dispozitiv cu baterie litiu fier fosfat
Bateria litiu-fier-fosfat LiFePO4 nu are caracteristici speciale în structura internă în comparație cu omologii săi din tehnologia chimică. Doar un element a suferit o schimbare - un catod din fosfat de fier. Materialul anodului este litiu (toate bateriile litiu-ion au un anod cu litiu).
Funcționarea oricărei baterii se bazează pe reversibilitatea unei reacții chimice. În caz contrar, procesele care au loc în interiorul bateriei se numesc procese de oxidare și reducere. Orice baterie constă din electrozi - un catod (minus) și un anod (plus). De asemenea, în interiorul oricărei baterii există un separator - un material poros impregnat cu un lichid special - un electrolit.
Când bateria este descărcată, ionii de litiu se deplasează prin separator de la catod la anod, eliberând încărcătura acumulată (oxidare). Când o baterie este încărcată, ionii de litiu se deplasează în direcția opusă de la anod la catod, acumulând încărcare (recuperare).
Tipuri de baterii cu litiu fosfat de fier
Toate tipurile de baterii din această chimie pot fi împărțite în patru categorii:
- CompletBaterie.
- Celule mari sub formă de paralelipipede.
- Celule mici sub formă de paralelipipedi (prisme - baterii LiFePO4 la 3,2 V).
- Pilote monede mici (pachete).
- Baterii cilindrice.
Bateriile și celulele cu fosfat de fier litiu pot avea tensiuni nominale diferite de la 12 la 60 de volți. Acestea depășesc bateriile tradiționale cu plumb-acid în multe feluri: durata ciclului este mult mai mare, greutatea este de câteva ori mai mică și sunt reîncărcate de câteva ori mai repede.
Bateriile cilindrice din această chimie sunt folosite atât separat, cât și în lanț. Dimensiunile acestor baterii cilindrice sunt foarte diferite: de la 14.500 (tip deget) la 32.650.
Baterii litiu cu fosfat de fier
Bateriile ferofosfat pentru biciclete și biciclete electrice merită o atenție deosebită. Odată cu inventarea unui nou catod cu fosfat de fier, împreună cu alte tipuri de baterii bazate pe această chimie, au apărut baterii speciale, care, datorită caracteristicilor îmbunătățite și greutății mai mici, pot fi folosite convenabil chiar și pe bicicletele obișnuite. Astfel de baterii au câștigat imediat popularitate printre fanii să-și modernizeze bicicletele.
Bateriile litiu cu fosfat de fier sunt capabile să ofere câteva ore de ciclism fără griji, ceea ce este o competiție demnă pentru motoarele cu ardere internă, care au fost instalate adesea pe biciclete în trecut. De obicei pentru dateîn scopuri, se folosesc baterii de 48v LiFePO4, dar este posibil să achiziționați baterii pentru 25, 36 și 60 volți.
Aplicarea bateriilor ferofosfat
Rolul bateriilor în această chimie este clar fără comentarii. Prismele sunt folosite în diferite scopuri - baterii LiFePO4 3, 2 V. Celulele mai mari sunt folosite ca elemente ale sistemelor tampon pentru energia solară și turbinele eoliene. Bateriile cu ferofosfat sunt utilizate în mod activ în construcția de vehicule electrice.
Bateriile mici sunt folosite pentru telefoane, laptopuri și tablete. Bateriile cilindrice cu diferiți factori de formă sunt folosite pentru pistoale airsoft, țigări electronice, modele radiocontrolate etc.
