แบตเตอรี่ LifePO4: คุณสมบัติคุณสมบัติประเภท

วันนี้มีจำนวนมากแบตเตอรี่ที่มีเคมีประเภทต่างๆ แบตเตอรี่ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในปัจจุบันคือลิเธียมไอออน แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (เฟอร์โรฟอสเฟต) ก็อยู่ในกลุ่มนี้เช่นกัน หากโดยทั่วไปแบตเตอรี่ทั้งหมดที่อยู่ในหมวดหมู่นี้มีลักษณะทางเทคนิคที่คล้ายคลึงกันแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตจะมีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างจากแบตเตอรี่อื่น ๆ ที่ผลิตโดยใช้เทคโนโลยีลิเธียมไอออน

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

ผู้ประดิษฐ์แบตเตอรี่ LiFePO4 คือ JohnGoodenough ซึ่งทำงานในปี 2539 ที่มหาวิทยาลัยเท็กซัสเพื่อพัฒนาวัสดุแคโทดใหม่สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ศาสตราจารย์สามารถสร้างวัสดุที่มีราคาถูกกว่ามีความเป็นพิษน้อยกว่าและมีเสถียรภาพทางความร้อนสูง ข้อเสียของแบตเตอรี่ซึ่งใช้แคโทดใหม่คือความจุต่ำกว่า

สิ่งประดิษฐ์ของ John Goodenough ไม่มีใครมีความสนใจ แต่ในปี 2546 A 123 Systems ตัดสินใจที่จะพัฒนาเทคโนโลยีนี้โดยพิจารณาว่ามีแนวโน้มที่ดี บริษัท ขนาดใหญ่หลายแห่ง - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola - กลายเป็นผู้ลงทุนในเทคโนโลยีนี้

ลักษณะของแบตเตอรี่ LiFePO4

แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่เฟอร์โรฟอสเฟตเท่ากันเช่นเดียวกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอื่น ๆ แรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยขึ้นอยู่กับขนาดของแบตเตอรี่ (ขนาดฟอร์มแฟกเตอร์) สำหรับแบตเตอรี่ 18650 คือ 3.7 โวลต์สำหรับ 10440 (นิ้วก้อย) - 3.2 สำหรับ 24330 - 3.6

แบตเตอรี่เกือบทั้งหมดมีแรงดันไฟฟ้ากระบวนการปล่อยจะค่อยๆลดลง คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์อย่างหนึ่งคือความเสถียรของแรงดันไฟฟ้าระหว่างการทำงานกับแบตเตอรี่ LiFePO4 ลักษณะแรงดันไฟฟ้าจะคล้ายกับแบตเตอรี่ที่ผลิตด้วยเทคโนโลยีนิกเกิล (นิกเกิลแคดเมียมนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์)

ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตขึ้นอยู่กับขนาดแบตเตอรี่สามารถจ่ายไฟได้ตั้งแต่ 3.0 ถึง 3.2 โวลต์จนกว่าจะคายประจุเต็มที่ คุณสมบัตินี้ให้ข้อดีมากขึ้นสำหรับแบตเตอรี่เหล่านี้เมื่อใช้ในวงจรเนื่องจากไม่จำเป็นต้องควบคุมแรงดันไฟฟ้า

แรงดันไฟฟ้าที่ปล่อยเต็มที่คือ 2.0 โวลต์ซึ่งเป็นขีด จำกัด การปล่อยต่ำสุดที่บันทึกไว้ของแบตเตอรี่เทคโนโลยีลิเธียมใด ๆ แบตเตอรี่เหล่านี้เป็นผู้นำในอายุการใช้งานซึ่งเท่ากับ 2,000 รอบต่อการชาร์จและการคายประจุ เนื่องจากความปลอดภัยของโครงสร้างทางเคมีจึงสามารถชาร์จแบตเตอรี่ LiFePO4 ได้โดยใช้วิธีเดลต้า V แบบเร่งพิเศษเมื่อใช้กระแสไฟฟ้าจำนวนมากกับแบตเตอรี่

แบตเตอรี่จำนวนมากไม่สามารถทนต่อได้วิธีนี้ซึ่งนำไปสู่ความร้อนและการเสื่อมสภาพมากเกินไป ในกรณีของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตวิธีนี้ไม่เพียง แต่เป็นไปได้ แต่แนะนำให้ใช้ด้วย ดังนั้นจึงมีเครื่องชาร์จพิเศษสำหรับชาร์จแบตเตอรี่ดังกล่าวโดยเฉพาะ แน่นอนว่าเครื่องชาร์จดังกล่าวไม่สามารถใช้กับแบตเตอรี่ร่วมกับสารเคมีอื่น ๆ ได้ แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตบนเครื่องชาร์จเหล่านี้สามารถชาร์จจนเต็มได้ภายใน 15-30 นาทีทั้งนี้ขึ้นอยู่กับรูปแบบ

การพัฒนาล่าสุดในสนามแบตเตอรี่ LiFePO4 นำเสนอแบตเตอรี่สำหรับผู้ใช้ที่มีช่วงอุณหภูมิในการทำงานที่ดีขึ้น ในขณะที่ช่วงมาตรฐานสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคือ -20 ถึง +20 องศาเซลเซียสแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตสามารถทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบในช่วง -30 ถึง +55 การชาร์จหรือการคายประจุแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิสูงกว่าหรือต่ำกว่าที่อธิบายไว้จะทำให้แบตเตอรี่เสียหายอย่างรุนแรง

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมีความอ่อนไหวต่อผลของอายุในระดับที่น้อยกว่ามากเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอื่น ๆ ความชราคือการสูญเสียความจุตามธรรมชาติเมื่อเวลาผ่านไปไม่ว่าแบตเตอรี่จะถูกใช้งานหรืออยู่บนชั้นวาง จากการเปรียบเทียบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั้งหมดจะสูญเสียความจุประมาณ 10% ทุกปี ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตสูญเสียเพียง 1.5%

จากข้อเสียของแบตเตอรี่เหล่านี้ควรเน้นที่ความจุที่ต่ำกว่าซึ่งน้อยกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอื่น ๆ ถึง 14% (หรือมากกว่านั้น)

ความปลอดภัยของแบตเตอรี่ Ferrophosphate

แบตเตอรี่ชนิดนี้ถือเป็นหนึ่งในปลอดภัยที่สุดในบรรดาแบตเตอรี่ทุกประเภทที่มีอยู่ แบตเตอรี่ลิเธียมฟอสเฟต LiFePO4 มีคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียรมากและสามารถทนต่อโหลดสูงเมื่อคายประจุ (ในการทำงานที่มีความต้านทานต่ำ) และการชาร์จ (เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ด้วยกระแสไฟสูง)

เนื่องจากฟอสเฟตมีความปลอดภัยทางเคมีแบตเตอรี่เหล่านี้จะกำจัดได้ง่ายขึ้นหลังจากหมดอายุการใช้งาน แบตเตอรี่จำนวนมากที่มีสารเคมีอันตราย (เช่นลิเธียมโคบอลต์) ต้องผ่านกระบวนการรีไซเคิลเพิ่มเติมเพื่อลดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม

การชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

หนึ่งในเหตุผลเพื่อความสนใจทางการค้าของนักลงทุนเคมีของเฟอร์โรฟอสเฟตกลายเป็นความเป็นไปได้ในการชาร์จอย่างรวดเร็วซึ่งเป็นผลมาจากความเสถียร ทันทีหลังจากการผลิตสายพานลำเลียงของแบตเตอรี่ LiFePO4 พวกเขาถูกจัดให้เป็นแบตเตอรี่ที่สามารถชาร์จได้อย่างรวดเร็ว

เพื่อจุดประสงค์นี้พิเศษอุปกรณ์ชาร์จ ดังที่ได้กล่าวไปแล้วข้างต้นไม่สามารถใช้ที่ชาร์จดังกล่าวกับแบตเตอรี่อื่นได้เนื่องจากจะทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปและเกิดความเสียหายอย่างรุนแรง

เครื่องชาร์จข้อมูลเฉพาะแบตเตอรี่สามารถชาร์จได้ภายใน 12-15 นาที แบตเตอรี่เฟอร์โรฟอสเฟตสามารถชาร์จด้วยเครื่องชาร์จทั่วไปได้ นอกจากนี้ยังมีตัวเลือกเครื่องชาร์จรวมกับโหมดการชาร์จทั้งสองแบบ แน่นอนว่าตัวเลือกที่ดีที่สุดคือการใช้อุปกรณ์ชาร์จอัจฉริยะที่มีตัวเลือกมากมายในการควบคุมกระบวนการชาร์จ

อุปกรณ์แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

ไม่มีลักษณะเฉพาะในโครงสร้างภายในแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็ก - ฟอสเฟต LiFePO4 ไม่มีแบตเตอรี่เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ที่ใช้เทคโนโลยีเคมี มีการเปลี่ยนแปลงเพียงองค์ประกอบเดียว - แคโทดที่ทำจากเหล็กฟอสเฟต วัสดุขั้วบวกคือลิเธียม (แบตเตอรี่ทั้งหมดที่ใช้เทคโนโลยีลิเธียมไอออนมีขั้วบวกลิเธียม)

ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับการย้อนกลับของปฏิกิริยาเคมี มิฉะนั้นกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในแบตเตอรี่จะเรียกว่ากระบวนการออกซิเดชั่นและการรีดิวซ์ แบตเตอรี่ใด ๆ ประกอบด้วยอิเล็กโทรด - แคโทด (ลบ) และแอโนด (บวก) นอกจากนี้ภายในแบตเตอรี่ยังมีตัวคั่นซึ่งเป็นวัสดุที่มีรูพรุนซึ่งชุบด้วยของเหลวพิเศษ - อิเล็กโทรไลต์

เมื่อแบตเตอรี่หมดลิเธียมไอออนจะเคลื่อนที่ผ่านตัวแยกจากแคโทดไปยังขั้วบวกทำให้ประจุสะสม (ออกซิเดชั่น) เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามจากขั้วบวกไปยังแคโทดซึ่งจะสะสมประจุ (การกู้คืน)

ประเภทของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

แบตเตอรี่ทุกประเภทสำหรับเคมีนี้สามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภทโดยคร่าวๆ:

• แบตเตอรี่คุณภาพสูง
• เซลล์ขนาดใหญ่ในรูปแบบขนาน
• เซลล์ขนาดเล็กในรูปแบบขนาน (แบตเตอรี่แท่งปริซึมคือแบตเตอรี่ LiFePO4 3.2 V)
• แบตเตอรี่แบนขนาดเล็ก (ถุง)
• ตัวสะสมทรงกระบอก

แบตเตอรี่และเซลล์ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตอาจมีแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันตั้งแต่ 12 ถึง 60 โวลต์ พวกเขาอยู่เหนือกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดแบบเดิมหลายประการ: รอบการทำงานสูงขึ้นมากน้ำหนักลดลงหลายเท่าและชาร์จใหม่ได้เร็วขึ้นหลายเท่า

ตัวสะสมรูปทรงกระบอกสำหรับเคมีนี้ใช้ทั้งแบบแยกกันและแบบวงจร ขนาดของแบตเตอรี่ทรงกระบอกเหล่านี้แตกต่างกันมากตั้งแต่ 14,500 (นิ้ว) ถึง 32,650

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

แบตเตอรี่ Ferrophosphate ควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษสำหรับจักรยานและจักรยานไฟฟ้า ด้วยการคิดค้นแคโทดเหล็ก - ฟอสเฟตใหม่พร้อมกับแบตเตอรี่ประเภทอื่น ๆ แบตเตอรี่ชนิดพิเศษจึงออกมาเกี่ยวกับเคมีนี้ซึ่งเนื่องจากคุณสมบัติที่ดีขึ้นและน้ำหนักที่ลดลงจึงสามารถใช้งานได้อย่างสะดวกแม้ในจักรยานธรรมดา แบตเตอรี่ดังกล่าวได้รับความนิยมในหมู่แฟน ๆ ของการปรับปรุงจักรยานให้ทันสมัยขึ้นทันที

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตสามารถให้ได้การขี่จักรยานแบบไร้กังวลเป็นเวลาหลายชั่วโมงซึ่งเป็นคู่แข่งที่คู่ควรกับเครื่องยนต์สันดาปภายในซึ่งมักจะติดตั้งบนจักรยานในอดีต โดยปกติแบตเตอรี่ 48v LiFePO4 จะใช้เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ แต่สามารถซื้อแบตเตอรี่ขนาด 25, 36 และ 60 โวลต์ได้

การใช้แบตเตอรี่เฟอร์โรฟอสเฟต

บทบาทของแบตเตอรี่ในเคมีนี้ชัดเจนแม้ไม่มีความคิดเห็น อุปกรณ์ปริซึมใช้เพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน - แบตเตอรี่ LiFePO4 3,2 v เซลล์ขนาดใหญ่ใช้เป็นองค์ประกอบบัฟเฟอร์สำหรับพลังงานแสงอาทิตย์และกังหันลม แบตเตอรี่เฟอร์โรฟอสเฟตใช้กันอย่างแพร่หลายในการออกแบบยานยนต์ไฟฟ้า

ใช้สำหรับแบตเตอรี่แบนขนาดเล็กโทรศัพท์แล็ปท็อปและแท็บเล็ตพีซี แบตเตอรี่ทรงกระบอกที่มีรูปแบบต่างกันใช้สำหรับอาวุธปืนอัดลมบุหรี่อิเล็กทรอนิกส์รุ่นที่ควบคุมด้วยวิทยุเป็นต้น