Šodien ir liels skaitsbaterijas ar dažāda veida ķīmiju. Mūsdienās populārākās baterijas ir litija jonu baterijas. Šajā grupā ietilpst arī litija dzelzs fosfāta (ferrofosfāta) baterijas. Ja visas baterijas, kas pieder šai kategorijai, kopumā ir līdzīgas viena otrai pēc tehniskajiem parametriem, tad litija dzelzs fosfāta baterijām ir savas unikālas iezīmes, kas tās atšķir no citām baterijām, kas izgatavotas, izmantojot litija jonu tehnoloģiju.
Litija dzelzs fosfāta akumulatora atklāšanas vēsture
LiFePO4 akumulatora izgudrotājs ir JānisGoodenough, kurš 1996. gadā strādāja Teksasas universitātē, lai izstrādātu jaunu katoda materiālu litija jonu baterijām. Profesoram izdevās izveidot materiālu, kas ir lētāks, ar mazāku toksicitāti un augstu termisko stabilitāti. Starp akumulatora trūkumiem, kurā tika izmantots jaunais katods, bija zemāka jauda.
Neviena Džona Gudena izgudrojumsbija ieinteresēts, bet 2003. gadā A 123 Systems nolēma attīstīt šo tehnoloģiju, uzskatot to par diezgan daudzsološu. Par šīs tehnoloģijas investoriem ir kļuvušas daudzas lielas korporācijas - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
LiFePO4 bateriju raksturojums
Ferrofosfāta akumulatora spriegums ir vienādstāpat kā ar citām litija jonu baterijām. Nominālais spriegums ir atkarīgs no akumulatora izmēra (izmērs, formas faktors). Akumulatoriem 18 650 tas ir 3,7 volti, 10 440 (mazie pirkstiņi) - 3,2, 24 330 - 3,6.
Gandrīz visām baterijām ir spriegumsizlādes process pakāpeniski samazinās. Viena no unikālajām iezīmēm ir sprieguma stabilitāte LiFePO4 bateriju darbības laikā. Sprieguma īpašības ir līdzīgas tām baterijām, kas izgatavotas, izmantojot niķeļa tehnoloģiju (niķeļa-kadmija, niķeļa-metāla hidrīda).
Spriegums pie pilnas izlādes ir 2,0 volti,kas ir zemākā reģistrētā izlādes robeža jebkuram litija tehnoloģijas akumulatoram. Šīs baterijas ir līderi to kalpošanas laikā, kas atbilst 2000 cikliem uz vienu uzlādi un izlādi. Ņemot vērā to ķīmiskās struktūras drošību, LiFePO4 baterijas var uzlādēt, izmantojot īpašu paātrinātu delta V metodi, kad akumulatoram tiek pielietota liela strāva.
Daudzas baterijas nevar izturētšo metodi, kas noved pie pārmērīgas sildīšanas un pasliktināšanās. Litija dzelzs fosfāta bateriju gadījumā šī metode ir ne tikai iespējama, bet pat ieteicama. Tāpēc ir īpaši lādētāji, kas paredzēti tieši šādu akumulatoru uzlādēšanai. Protams, šādus lādētājus nevar izmantot baterijās ar citām ķīmiskām vielām. Atkarībā no formas faktora litija dzelzs fosfāta baterijas uz šiem lādētājiem var pilnībā uzlādēt 15-30 minūšu laikā.
Jaunākie sasniegumi šajā jomāLiFePO4 baterijas piedāvā lietotājiem baterijas ar uzlabotu darba temperatūras diapazonu. Lai gan litija jonu bateriju standarta diapazons ir no -20 līdz +20 grādiem pēc Celsija, litija dzelzs fosfāta baterijas var lieliski darboties diapazonā no -30 līdz +55. Akumulatora uzlādēšana vai izlādēšana temperatūrā, kas ir augstāka vai zemāka par aprakstīto, nopietni sabojās akumulatoru.
Litija dzelzs fosfāta baterijas ir jutīgas pretnovecošanās efekts daudz mazākā mērā salīdzinājumā ar citām litija jonu baterijām. Novecošana ir dabisks jaudas zudums laika gaitā neatkarīgi no tā, vai akumulators tiek lietots vai atrodas plauktā. Salīdzinājumam-visas litija jonu baterijas katru gadu zaudē aptuveni 10% no jaudas. Litija dzelzs fosfāts zaudē tikai 1,5%.
No šo bateriju mīnusiem ir vērts izcelt zemāku jaudu, kas ir par 14% mazāka (vai mazāka) nekā citām litija jonu baterijām.
Ferrofosfāta akumulatora drošība
Šis akumulatora tips tiek uzskatīts par vienu novisdrošākais starp visiem esošajiem bateriju veidiem. Litija fosfāta baterijām LiFePO4 ir ļoti stabila ķīmija, un tās spēj izturēt lielas slodzes, izlādējot (zemas pretestības režīmā) un uzlādējot (uzlādējot akumulatoru ar lielu strāvu).
Tā kā fosfāti ir ķīmiski droši,šīs baterijas ir vieglāk izmest pēc to kalpošanas laika beigām. Daudzām baterijām ar bīstamām ķimikālijām (piemēram, litija-kobalta) ir jāveic papildu pārstrādes procesi, lai samazinātu to bīstamību videi.
Litija dzelzs fosfāta bateriju uzlāde
Viens no iemesliem ieguldītāju komerciālajām interesēmlīdz ferofosfātam ķīmija ir kļuvusi par ātras uzlādes iespēju, kas izriet no tā stabilitātes. Tūlīt pēc konveijera LiFePO4 bateriju ražošanas organizēšanas tās tika novietotas kā baterijas, kuras var ātri uzlādēt.
Šim nolūkam īpašsuzlādes ierīce. Kā minēts iepriekš, šādus lādētājus nevar izmantot ar citām baterijām, jo tas izraisīs to pārkaršanu un nopietnus bojājumus.
Īpašs datu lādētājsbaterijas var uzlādēt 12-15 minūtēs. Ferrofosfāta baterijas var uzlādēt arī ar parastajiem lādētājiem. Ir arī kombinētas lādētāja iespējas ar abiem uzlādes režīmiem. Labākais risinājums, protams, būtu izmantot viedos lādētājus ar daudzām iespējām, lai regulētu uzlādes procesu.
Litija dzelzs fosfāta akumulatora ierīce
Nav iekšējās struktūras īpatnībuLitija dzelzs fosfāta LiFePO4 akumulatoram nav akumulatora, salīdzinot ar tā ķīmiskās tehnoloģijas kolēģiem. Ir mainīts tikai viens elements - katods, kas izgatavots no dzelzs fosfāta. Anoda materiāls ir litijs (visām baterijām, kuru pamatā ir litija jonu tehnoloģija, ir litija anods).
Jebkura akumulatora veiktspēja ir atkarīga noķīmiskās reakcijas atgriezeniskums. Pretējā gadījumā procesus, kas notiek akumulatora iekšpusē, sauc par oksidācijas un reducēšanas procesiem. Jebkurš akumulators sastāv no elektrodiem - katoda (mīnus) un anoda (plus). Arī jebkura akumulatora iekšpusē ir atdalītājs - porains materiāls, kas piesūcināts ar īpašu šķidrumu - elektrolītu.
Kad akumulators ir izlādējies, litija joni pārvietojascaur separatoru no katoda uz anodu, izdalot uzkrāto lādiņu (oksidēšanās). Uzlādējot akumulatoru, litija joni pārvietojas pretējā virzienā no anoda uz katodu, uzkrājot lādiņu (atgūšana).
Litija dzelzs fosfāta bateriju veidi
Visu veidu baterijas, kuru pamatā ir šī ķīmija, var aptuveni iedalīt četrās kategorijās:
- Augstas kvalitātes baterijas.
- Lielas šūnas paralēlskaldņu formā.
- Mazas šūnas paralēlskaldņu veidā (prizmatiskas - LiFePO4 baterijas pie 3,2 V).
- Nelielas, tukšas baterijas (somas).
- Cilindriskie akumulatori.
Litija dzelzs fosfāta baterijās un šūnās var būtatšķirīgs nominālais spriegums no 12 līdz 60 voltiem. Tās daudzējādā ziņā ir priekšā tradicionālajām svina-skābes baterijām: darbības cikls ir daudz lielāks, svars ir vairākas reizes mazāks, un tās tiek uzlādētas vairākas reizes ātrāk.
Cilindriskie akumulatori šajā ķīmijā tiek izmantoti gan atsevišķi, gan ķēdē. Šo cilindrisko bateriju izmēri ir ļoti atšķirīgi: no 14 500 (pirksts) līdz 32 650.
Litija dzelzs fosfāta baterijas
Ferrofosfāta baterijas ir pelnījušas īpašu uzmanībuvelosipēdiem un elektriskajiem velosipēdiem. Izgudrojot jaunu dzelzs fosfāta katodu, kopā ar cita veida baterijām uz šīs ķīmijas iznāca īpašas baterijas, kuras, pateicoties to uzlabotajām īpašībām un mazākajam svaram, var ērti lietot pat ar parastajiem velosipēdiem. Šādas baterijas uzreiz ieguva popularitāti velosipēdu modernizācijas fanu vidū.
Ferrofosfāta akumulatoru pielietojums
Akumulatora loma šajā ķīmijā ir skaidra pat bez tākomentāri. Dažādiem mērķiem tiek izmantotas prizmatiskas ierīces - LiFePO4 3,2 v baterijas. Lielākas šūnas tiek izmantotas kā buferelementi saules enerģijai un vēja turbīnām. Ferrofosfāta baterijas tiek plaši izmantotas elektrisko transportlīdzekļu projektēšanā.
Tiek izmantotas mazas, tukšas baterijastālruņiem, klēpjdatoriem un planšetdatoriem. Dažādu formu faktoru cilindriskās baterijas tiek izmantotas airsoft ieročiem, elektroniskajām cigaretēm, radiovadāmiem modeļiem utt.
