Obecnie istnieje duża liczbabaterie z różnymi rodzajami chemii. Najpopularniejsze obecnie akumulatory to akumulatory litowo-jonowe. Do tej grupy należą również akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (żelazofosforanowe). Jeśli wszystkie akumulatory należące do tej kategorii, ogólnie rzecz biorąc, są do siebie podobne pod względem właściwości technicznych, to akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe mają swoje unikalne cechy, które odróżniają je od innych akumulatorów wykonanych w technologii litowo-jonowej.
Historia odkrycia baterii litowo-żelazowo-fosforanowej
Wynalazcą baterii LiFePO4 jest JohnGoodenough, który pracował na University of Texas w 1996 roku nad opracowaniem nowego materiału katodowego do akumulatorów litowo-jonowych. Profesorowi udało się stworzyć materiał, który jest tańszy, ma mniejszą toksyczność i wysoką stabilność termiczną. Wśród wad baterii, w której zastosowano nową katodę, była mniejsza pojemność.
Nikt nie wynalazł Johna Goodenoughbył zainteresowany, ale w 2003 roku firma A 123 Systems postanowiła rozwinąć tę technologię, uznając ją za dość obiecującą. Inwestorami tej technologii stało się wiele dużych korporacji – Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
Charakterystyka akumulatorów LiFePO4
Napięcie baterii żelazofosforanowej jest takie samopodobnie jak w przypadku innych akumulatorów litowo-jonowych. Napięcie znamionowe zależy od wielkości akumulatora (rozmiar, współczynnik kształtu). Dla akumulatorów 18 650 jest to 3,7 V, dla 10 440 (małe palce) - 3,2, dla 24 330 - 3,6.
Prawie wszystkie baterie mają napięcieproces rozładowania stopniowo spada. Jedną z unikalnych cech jest stabilność napięcia podczas pracy akumulatorów LiFePO4. Charakterystyki napięciowe są zbliżone do akumulatorów wykonanych w technologii niklowej (niklowo-kadmowej, niklowo-metalowo-wodorkowej).
Napięcie przy pełnym rozładowaniu wynosi 2,0 V,co jest najniższym zarejestrowanym limitem rozładowania jakiejkolwiek baterii litowej. Akumulatory te są liderami pod względem żywotności, co odpowiada 2000 cyklom na jedno ładowanie i rozładowanie. Ze względu na bezpieczeństwo swojej budowy chemicznej akumulatory LiFePO4 mogą być ładowane specjalną przyspieszoną metodą delta V przy doprowadzeniu do akumulatora dużego prądu.
Wiele baterii nie może wytrzymaćta metoda, która prowadzi do nadmiernego nagrzewania i pogorszenia. W przypadku akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych ta metoda jest nie tylko możliwa, ale wręcz zalecana. Dlatego istnieją specjalne ładowarki przeznaczone specjalnie do ładowania takich akumulatorów. Oczywiście takich ładowarek nie można używać do akumulatorów z innymi chemikaliami. W zależności od kształtu, akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe w tych ładowarkach mogą być w pełni naładowane w ciągu 15-30 minut.
Najnowsze osiągnięcia w tej dziedzinieAkumulatory LiFePO4 oferują użytkownikowi akumulatory o ulepszonym zakresie temperatur pracy. Podczas gdy standardowy zakres akumulatorów litowo-jonowych wynosi od -20 do +20 stopni Celsjusza, akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe mogą doskonale działać w zakresie od -30 do +55. Ładowanie lub rozładowywanie akumulatora w temperaturach wyższych lub niższych od opisanych może spowodować jego poważne uszkodzenie.
Baterie litowo-żelazowo-fosforanowe są podatne naefekt starzenia w znacznie mniejszym stopniu w porównaniu do innych akumulatorów litowo-jonowych. Starzenie się to naturalna utrata pojemności w czasie, niezależnie od tego, czy bateria jest używana, czy na półce. Dla porównania, wszystkie akumulatory litowo-jonowe co roku tracą około 10% swojej pojemności. Fosforan litowo-żelazowy traci tylko 1,5%.
Z minusów tych akumulatorów warto podkreślić mniejszą pojemność, która jest o 14% mniejsza (około) niż w przypadku innych akumulatorów litowo-jonowych.
Bezpieczeństwo baterii żelazofosforanowych
Ten typ baterii jest uważany za jeden znajbezpieczniejszy spośród wszystkich istniejących typów baterii. Akumulatory litowo-fosforanowe LiFePO4 mają bardzo stabilny skład chemiczny i są w stanie wytrzymać duże obciążenia podczas rozładowywania (w pracy z niską rezystancją) i ładowania (podczas ładowania akumulatora dużymi prądami).
Ze względu na to, że fosforany są bezpieczne chemicznie,baterie te są łatwiejsze do wyrzucenia po zakończeniu ich żywotności. Wiele baterii zawierających niebezpieczne substancje chemiczne (na przykład litowo-kobaltowe) musi zostać poddanych dodatkowym procesom recyklingu w celu zminimalizowania ich zagrożenia dla środowiska.
Ładowanie akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych
Jeden z powodów komercyjnego zainteresowania inwestorówchemii żelazofosforanów stała się możliwość szybkiego ładowania, wynikająca z jego stabilności. Natychmiast po zorganizowaniu produkcji przenośnikowej akumulatorów LiFePO4 zostały one ustawione jako akumulatory, które można szybko naładować.
W tym celu specjalnyurządzenie ładujące. Jak już wspomniano powyżej, takich ładowarek nie można używać z innymi akumulatorami, ponieważ spowoduje to ich przegrzanie i znaczne ich uszkodzenie.
Dedykowana ładowarka danychakumulatory mogą je naładować w 12-15 minut. Akumulatory żelazofosforanowe można również ładować za pomocą konwencjonalnych ładowarek. Dostępne są również połączone opcje ładowarek z obydwoma trybami ładowania. Najlepszą opcją jest oczywiście użycie inteligentnych ładowarek z wieloma opcjami regulacji procesu ładowania.
Akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy
Brak osobliwości w strukturze wewnętrznejBateria litowo-żelazowo-fosforanowa LiFePO4 nie posiada baterii w porównaniu z jej odpowiednikami w technologii chemicznej. Zmianie uległ tylko jeden element - katoda, wykonana z fosforanu żelaza. Materiałem anodowym jest lit (wszystkie baterie oparte na technologii litowo-jonowej mają anodę litową).
Wydajność każdej baterii opiera się naodwracalność reakcji chemicznej. W przeciwnym razie procesy zachodzące wewnątrz akumulatora nazywane są procesami utleniania i redukcji. Każda bateria składa się z elektrod - katody (minus) i anody (plus). Ponadto wewnątrz każdej baterii znajduje się separator - porowaty materiał impregnowany specjalną cieczą - elektrolitem.
Gdy bateria jest rozładowana, jony litu poruszają sięprzez separator od katody do anody, oddając nagromadzony ładunek (utlenianie). Podczas ładowania akumulatora jony litu przemieszczają się w kierunku przeciwnym od anody do katody, kumulując ładunek (odzysk).
Rodzaje akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych
Wszystkie typy baterii oparte na tej chemii można z grubsza podzielić na cztery kategorie:
- Wysokiej jakości baterie.
- Duże komórki w postaci równoległościanów.
- Niewielkie ogniwa w postaci równoległościanów (pryzmaty - baterie LiFePO4 3,2 V).
- Małe płaskie baterie (worki).
- Akumulatory cylindryczne.
Baterie i ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowe mogą miećróżne napięcie znamionowe od 12 do 60 woltów. Pod wieloma względami wyprzedzają tradycyjne akumulatory kwasowo-ołowiowe: cykl pracy jest znacznie wyższy, waga jest kilkakrotnie mniejsza, a ładują się kilka razy szybciej.
Akumulatory cylindryczne w tej chemii są używane zarówno osobno, jak iw obwodzie. Wymiary tych cylindrycznych baterii są bardzo różne: od 14500 (palec) do 32650.
Baterie litowo-żelazowo-fosforanowe
Na szczególną uwagę zasługują baterie żelazofosforanowedo rowerów i rowerów elektrycznych. Wraz z wynalezieniem nowej katody żelazowo-fosforanowej, wraz z innymi typami akumulatorów, na tej chemii pojawiły się specjalne akumulatory, które ze względu na ulepszone właściwości i mniejszą wagę można wygodnie stosować nawet w zwykłych rowerach. Takie akumulatory od razu zyskały popularność wśród fanów unowocześniania swoich rowerów.
Zastosowania akumulatorów żelazofosforanowych
Rola baterii w tej chemii jest jasna nawet bezuwagi. Do różnych celów wykorzystywane są urządzenia pryzmatyczne - baterie LiFePO4 3,2 v. Większe ogniwa są wykorzystywane jako elementy buforowe dla energii słonecznej i turbin wiatrowych. Akumulatory żelazofosforanowe są szeroko stosowane w projektowaniu pojazdów elektrycznych.
Używane są małe płaskie baterietelefony, laptopy i tablety PC. Baterie cylindryczne o różnych kształtach są używane w broni airsoftowej, papierosach elektronicznych, modelach sterowanych radiowo itp.
