Il existe aujourd'hui un grand nombre debatteries avec différents types de chimie. Les batteries les plus populaires aujourd'hui sont les batteries lithium-ion. Les batteries lithium-fer-phosphate (ferrophosphate) appartiennent également à ce groupe. Si toutes les batteries appartenant à cette catégorie ont généralement des caractéristiques techniques similaires, alors les batteries lithium fer phosphate ont leurs propres caractéristiques uniques qui les distinguent des autres batteries fabriquées à l'aide de la technologie lithium-ion.
L'histoire de la découverte de la batterie lithium fer phosphate
L'inventeur de la batterie LiFePO4 est JohnGoodenough, qui a travaillé à l'Université du Texas en 1996 pour développer un nouveau matériau de cathode pour les batteries lithium-ion. Le professeur a réussi à créer un matériau moins cher, moins toxique et à haute stabilité thermique. Parmi les inconvénients de la batterie, qui utilisait la nouvelle cathode, figurait la capacité inférieure.
Personne n'a inventé John Goodenoughétait intéressé, mais en 2003, A 123 Systems a décidé de développer cette technologie, la considérant comme très prometteuse. De nombreuses grandes entreprises - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola - sont devenues les investisseurs de cette technologie.
Caractéristiques des batteries LiFePO4
La tension de la batterie ferrophosphate est la mêmecomme avec les autres batteries lithium-ion. La tension nominale dépend de la taille de la batterie (taille, facteur de forme). Pour les batteries 18 650 c'est 3,7 volts, pour 10 440 (petits doigts) - 3,2, pour 24 330 - 3,6.
Presque toutes les batteries ont une tension dele processus de décharge diminue progressivement. L'une des caractéristiques uniques est la stabilité de la tension pendant le fonctionnement avec des batteries LiFePO4. Les caractéristiques de tension sont similaires à celles des batteries fabriquées par la technologie nickel (nickel-cadmium, nickel-hydrure métallique).
La tension à décharge complète est de 2,0 volts,qui est la limite de décharge la plus basse enregistrée de toute batterie à technologie lithium. Ces batteries sont leaders dans leur durée de vie, ce qui équivaut à 2000 cycles par charge et décharge. En raison de la sécurité de leur structure chimique, les batteries LiFePO4 peuvent être chargées à l'aide d'une méthode spéciale delta V accélérée lorsqu'un courant important est appliqué à la batterie.
De nombreuses batteries ne peuvent pas résistercette méthode, ce qui conduit à un échauffement excessif et à une détérioration. Dans le cas des batteries lithium fer phosphate, cette méthode est non seulement possible, mais même recommandée. Par conséquent, il existe des chargeurs spéciaux spécifiquement pour charger de telles batteries. Bien entendu, ces chargeurs ne peuvent pas être utilisés sur des batteries contenant d'autres produits chimiques. Selon le facteur de forme, les batteries au lithium fer phosphate de ces chargeurs peuvent être complètement chargées en 15 à 30 minutes.
Derniers développements dans le domaineLes batteries LiFePO4 offrent à l'utilisateur des batteries avec une plage de température de fonctionnement améliorée. Alors que la plage standard pour les batteries lithium-ion est de -20 à +20 degrés Celsius, les batteries lithium fer phosphate peuvent parfaitement fonctionner dans la plage -30 à +55. Charger ou décharger la batterie à des températures supérieures ou inférieures à celles décrites endommagera gravement la batterie.
Les batteries au lithium fer phosphate sont sensibles àeffet de vieillissement dans une bien moindre mesure par rapport aux autres batteries lithium-ion. Le vieillissement est une perte naturelle de capacité au fil du temps, que la batterie soit en cours d'utilisation ou en rayon. En comparaison, toutes les batteries lithium-ion perdent environ 10 % de leur capacité chaque année. Le phosphate de fer et de lithium ne perd que 1,5%.
Parmi les inconvénients de ces batteries, il convient de souligner la capacité inférieure, qui est 14% de moins (environ) que les autres batteries lithium-ion.
Sécurité des batteries au ferrophosphate
Ce type de batterie est considéré comme l'un desle plus sûr parmi tous les types de batteries existants. Les batteries au lithium phosphate LiFePO4 ont une chimie très stable et sont capables de supporter des charges élevées lors de la décharge (en fonctionnement à faible résistance) et de la charge (lors de la charge de la batterie avec des courants élevés).
En raison du fait que les phosphates sont chimiquement sûrs,ces batteries sont plus faciles à éliminer une fois qu'elles ont atteint la fin de leur vie. De nombreuses batteries contenant des produits chimiques dangereux (par exemple, le lithium-cobalt) doivent subir des processus de recyclage supplémentaires afin de minimiser leur danger pour l'environnement.
Chargement des batteries lithium fer phosphate
Une des raisons de l'intérêt commercial des investisseursà la chimie des ferrophosphates est devenue la possibilité d'une charge rapide, résultant de sa stabilité. Immédiatement après l'organisation de la production des convoyeurs de batteries LiFePO4, elles se sont positionnées comme des batteries pouvant être chargées rapidement.
A cet effet, spécialdispositif de charge. Comme déjà mentionné ci-dessus, de tels chargeurs ne peuvent pas être utilisés sur d'autres batteries, car cela les ferait surchauffer et les endommagerait considérablement.
Chargeur de données dédiéles batteries peuvent les charger en 12-15 minutes. Les batteries ferrophosphate peuvent également être chargées avec des chargeurs conventionnels. Il existe également des options de chargeur combinées avec les deux modes de charge. La meilleure option, bien sûr, est d'utiliser des chargeurs intelligents avec de nombreuses options pour réguler le processus de charge.
Dispositif de batterie au lithium fer phosphate
Aucune particularité dans la structure interneLa batterie lithium-fer-phosphate LiFePO4 n'a pas de batterie en comparaison avec ses homologues de la technologie chimique. Un seul élément a subi un changement - la cathode, en phosphate de fer. Le matériau de l'anode est du lithium (toutes les batteries basées sur la technologie lithium-ion ont une anode au lithium).
La performance de toute batterie est basée surréversibilité d'une réaction chimique. Sinon, les processus qui se déroulent à l'intérieur de la batterie sont appelés processus d'oxydation et de réduction. Toute batterie se compose d'électrodes - cathode (moins) et anode (plus). De plus, à l'intérieur de toute batterie, il y a un séparateur - un matériau poreux imprégné d'un liquide spécial - un électrolyte.
Lorsque la batterie est déchargée, les ions lithium se déplacentà travers le séparateur de la cathode à l'anode, dégageant la charge accumulée (oxydation). Lors de la charge de la batterie, les ions lithium se déplacent dans la direction opposée de l'anode à la cathode, accumulant la charge (récupération).
Types de batteries au lithium fer phosphate
Tous les types de batteries pour cette chimie peuvent être grossièrement divisés en quatre catégories :
- Batteries de haute qualité.
- Grandes cellules en forme de parallélépipèdes.
- De petites cellules en forme de parallélépipèdes (les batteries prismatiques sont des batteries LiFePO4 3,2 V).
- Petites piles plates (sacs).
- Accumulateurs cylindriques.
Les batteries et les piles au lithium fer phosphate peuvent avoirtension nominale différente de 12 à 60 volts. Elles sont à bien des égards en avance sur les batteries plomb-acide traditionnelles : le cycle de fonctionnement est beaucoup plus élevé, le poids est plusieurs fois inférieur et elles se rechargent plusieurs fois plus rapidement.
Les accumulateurs cylindriques de cette chimie sont utilisés à la fois séparément et dans un circuit. Les dimensions de ces batteries cylindriques sont très différentes : de 14 500 (doigt) à 32 650.
Batteries lithium fer phosphate
Les batteries ferrophosphate méritent une attention particulièrepour vélos et vélos électriques. Avec l'invention d'une nouvelle cathode fer-phosphate, ainsi que d'autres types de batteries, des batteries spéciales sont sorties de cette chimie, qui, en raison de leurs caractéristiques améliorées et de leur poids réduit, peuvent être utilisées de manière pratique même sur des vélos ordinaires. De telles batteries ont immédiatement gagné en popularité parmi les fans de la modernisation de leurs vélos.
Applications de batterie ferrophosphate
Le rôle de la batterie dans cette chimie est clair même sanscommentaires. À des fins différentes, des dispositifs prismatiques sont utilisés - des batteries LiFePO4 3,2 v. Des cellules plus grandes sont utilisées comme éléments tampons pour l'énergie solaire et les éoliennes. Les batteries ferrophosphate sont largement utilisées dans la conception des véhicules électriques.
Les petites piles plates sont utilisées pourtéléphones, ordinateurs portables et tablettes PC. Des batteries cylindriques de différents facteurs de forme sont utilisées pour les armes airsoft, les cigarettes électroniques, les modèles radiocommandés, etc.
