Danas postoji veliki brojakumulatori s različitim vrstama kemije. Najpopularnije baterije danas su litij-ionske. U ovu skupinu spadaju i litij-željezo-fosfatne (ferofosfatne) baterije. Ako su sve baterije koje pripadaju ovoj kategoriji, općenito, slične jedna drugoj u tehničkim karakteristikama, onda litij-željezo-fosfatne baterije imaju svoje jedinstvene značajke koje ih razlikuju od ostalih baterija izrađenih litij-ionskom tehnologijom.
Povijest otkrića litij-željezo-fosfatne baterije
Izumitelj LiFePO4 baterije je JohnGoodenough, koji je radio na Sveučilištu Texas 1996. godine na razvoju novog katodnog materijala za litij-ionske baterije. Profesor je uspio stvoriti materijal koji je jeftiniji, ima manju toksičnost i visoku toplinsku stabilnost. Među nedostacima baterije, koja je koristila novu katodu, bio je manji kapacitet.
Ničiji izum Johna Goodenoughabio zainteresiran, ali je 2003. godine A 123 Systems odlučio razviti ovu tehnologiju, smatrajući je prilično obećavajućom. Mnoge velike korporacije - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola - postale su investitori ove tehnologije.
Karakteristike LiFePO4 baterija
Napon ferofosfatne baterije je istikao i kod ostalih litij-ionskih baterija. Nazivni napon ovisi o veličini baterije (standardna veličina, faktor oblika). Za baterije 18 650 to je 3,7 volti, za 10 440 (mali prsti) - 3,2, za 24 330 - 3,6.
Gotovo sve baterije imaju napon odproces pražnjenja postupno opada. Jedna od jedinstvenih karakteristika je stabilnost napona tijekom rada s LiFePO4 baterijama. Naponske karakteristike su slične onima kod baterija izrađenih po nikal tehnologiji (nikl-kadmij, nikal-metal hidrid).
Napon pri punom pražnjenju je 2,0 volta,što je najniža zabilježena granica pražnjenja bilo koje baterije s litijskom tehnologijom. Ove baterije su lideri u svom vijeku trajanja, koji iznosi 2000 ciklusa po punjenju i pražnjenju. Zbog sigurnosti njihove kemijske strukture, LiFePO4 baterije se mogu puniti posebnom ubrzanom delta V metodom kada se na bateriju dovede velika struja.
Mnoge baterije ne mogu izdržatiovu metodu, što dovodi do prekomjernog zagrijavanja i propadanja. U slučaju litij-željezo-fosfatnih baterija, ova metoda ne samo da je moguća, nego se čak i preporučuje. Stoga postoje posebni punjači posebno za punjenje takvih baterija. Naravno, takvi se punjači ne mogu koristiti na baterijama s drugim kemikalijama. Ovisno o faktoru oblika, litij-željezo-fosfatne baterije na ovim punjačima mogu se potpuno napuniti za 15-30 minuta.
Najnovija dostignuća u ovoj oblastiLiFePO4 baterije nude korisniku baterije s poboljšanim rasponom radnih temperatura. Dok je standardni raspon za litij-ionske baterije -20 do +20 stupnjeva Celzija, litij-željezo-fosfatne baterije mogu savršeno raditi u rasponu od -30 do +55. Punjenje ili pražnjenje baterije na temperaturama iznad ili ispod opisanih ozbiljno će oštetiti bateriju.
Litij-željezo-fosfatne baterije su osjetljive naučinak starenja u puno manjoj mjeri u odnosu na druge litij-ionske baterije. Starenje je prirodni gubitak kapaciteta tijekom vremena, bez obzira na to je li baterija u uporabi ili na polici. Za usporedbu, sve litij-ionske baterije izgube oko 10% svog kapaciteta svake godine. Litij željeznog fosfata gubi samo 1,5%.
Od minusa ovih baterija vrijedi istaknuti manji kapacitet, koji je 14% manji (ili otprilike) od ostalih litij-ionskih baterija.
Sigurnost ferofosfatnih baterija
Ova vrsta baterija se smatra jednom odnajsigurniji među svim postojećim vrstama baterija. Litij-fosfatne LiFePO4 baterije imaju vrlo stabilnu kemiju, te su u stanju dobro podnijeti velika opterećenja tijekom pražnjenja (u radu s malim otporom) i punjenja (prilikom punjenja baterije velikom strujom).
Zbog činjenice da su fosfati kemijski sigurni,te je baterije lakše odložiti nakon što dođu do kraja svog vijeka trajanja. Mnoge baterije s opasnim kemikalijama (na primjer, litij-kobalt) moraju proći dodatne procese recikliranja kako bi se smanjila njihova opasnost za okoliš.
Punjenje litij-željezo-fosfatnih baterija
Jedan od razloga komercijalnog interesa investitoraferofosfatnoj kemiji postala je mogućnost brzog punjenja, što je rezultat njegove stabilnosti. Odmah nakon organizacije transportne proizvodnje LiFePO4 baterija pozicionirane su kao baterije koje se mogu brzo puniti.
U tu svrhu, posebanuređaj za punjenje. Kao što je već spomenuto, takvi se punjači ne mogu koristiti na drugim baterijama, jer će to uzrokovati njihovo pregrijavanje i ozbiljno oštećenje.
Namjenski punjač za podatkebaterije se mogu napuniti za 12-15 minuta. Ferofosfatne baterije mogu se puniti i konvencionalnim punjačima. Postoje i kombinirane opcije punjača s oba načina punjenja. Najbolja opcija, naravno, bila bi korištenje pametnih punjača s mnogo opcija za reguliranje procesa punjenja.
Uređaj za litij-željezo-fosfatnu bateriju
Nema osobitosti unutarnje struktureLitij-željezo-fosfatna LiFePO4 baterija nema bateriju u usporedbi sa svojim kolegama u kemijskoj tehnologiji. Promijenjen je samo jedan element - katoda, izrađena od željeznog fosfata. Materijal anode je litij (sve baterije bazirane na litij-ionskoj tehnologiji imaju litij anodu).
Izvedba bilo koje baterije temelji se nareverzibilnost kemijske reakcije. Inače, procesi koji se odvijaju unutar baterije nazivaju se procesi oksidacije i redukcije. Svaka baterija se sastoji od elektroda - katode (minus) i anode (plus). Također, unutar bilo koje baterije nalazi se separator - porozni materijal impregniran posebnom tekućinom - elektrolitom.
Kada se baterija isprazni, litijevi ioni se krećukroz separator od katode do anode, dajući akumulirani naboj (oksidacija). Prilikom punjenja baterije, litijevi ioni kreću se u suprotnom smjeru od anode do katode, akumulirajući naboj (oporavak).
Vrste litij-željezo-fosfatnih baterija
Sve vrste baterija koje se temelje na ovoj kemiji mogu se grubo podijeliti u četiri kategorije:
- Baterije visokog kvaliteta.
- Velike stanice u obliku paralelepipeda.
- Male ćelije u obliku paralelepipeda (prizmatične baterije su LiFePO4 3,2 V baterije).
- Male prazne baterije (vrećice).
- Cilindrični akumulatori.
Litij-željezo-fosfatne baterije i ćelije mogu imatirazličit nazivni napon od 12 do 60 volti. U mnogočemu su ispred tradicionalnih olovnih baterija: radni ciklus je puno veći, masa je nekoliko puta manja, a pune se nekoliko puta brže.
Cilindrični akumulatori na ovoj kemiji koriste se i zasebno i u krugu. Dimenzije ovih cilindričnih baterija su vrlo različite: od 14.500 (prst) do 32.650.
Litij-željezo-fosfatne baterije
Posebnu pažnju zaslužuju ferofosfatne baterijeza bicikle i električne bicikle. Izumom nove željezno-fosfatne katode, uz druge vrste baterija, na ovoj su kemiji izašle posebne baterije koje se zbog svojih poboljšanih karakteristika i manje težine mogu praktično koristiti i na običnim biciklima. Takve su baterije odmah stekle popularnost među ljubiteljima modernizacije svojih bicikala.
Primjena ferofosfatnih baterija
Uloga baterije u ovoj kemiji je jasna i bezkomentari. Za različite namjene koriste se prizmatični uređaji - LiFePO4 3,2 V baterije. Veće ćelije se koriste kao tampon elementi za solarnu energiju i vjetroturbine. Ferofosfatne baterije se široko koriste u dizajnu električnih vozila.
Male ravne baterije se koriste zatelefoni, laptopi i tableti. Cilindrične baterije različitih oblika koriste se za airsoft oružje, elektroničke cigarete, radio-upravljane modele itd.
