Danes obstaja veliko število baterij z različnimi vrstami kemije. Danes so najbolj priljubljene litij-ionske baterije. V to skupino spadajo tudi litij-železo-fosfatne (ferofosfatne) baterije. Medtem ko so vse baterije v tej kategoriji po tehničnih specifikacijah na splošno podobne, imajo litij-železo-fosfatne baterije svoje edinstvene lastnosti, ki jih razlikujejo od drugih baterij, izdelanih z litij-ionsko tehnologijo.
Zgodba o odkritju litij-železo-fosfatne baterije
Izumitelj baterije LiFePO4 je John Goodenough, ki je leta 1996 delal na Univerzi v Teksasu pri izdelavi novega katodnega materiala za litij-ionske baterije. Profesorju je uspelo ustvariti material, ki je cenejši, ima manj strupenosti in visoko toplotno stabilnost. Med pomanjkljivostmi baterije, ki je uporabljala novo katodo, je bila manjša zmogljivost.
Nihče se ni zanimal za izum Johna Goodenougha, vendar se je leta 2003 A 123 Systems odločil razviti to tehnologijo, saj je menil, da je precej obetavna. Številne velike korporacije so postale vlagatelji v to tehnologijo - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
Lastnosti baterij LiFePO4
Napetost ferofosfatne baterije je enaka napetosti drugih baterij litij-ionske tehnologije. Nazivna napetost je odvisna od dimenzij baterije (velikosti, oblike). Za baterije 18 650 je to 3,7 voltov, za 10 440 (mali prsti) - 3,2, za 24 330 - 3,6.
Pri skoraj vseh baterijah napetost med praznjenjem postopoma pada. Ena od edinstvenih lastnosti je stabilnost napetosti pri delu z LiFePO4 baterijami. Baterije, izdelane z uporabo nikljeve tehnologije (nikelj-kadmij, nikelj-kovinski hidrid), imajo podobne napetostne lastnosti.
Odvisno od velikosti lahko litij-železo-fosfatna baterija oddaja med 3,0 in 3,2 volta, dokler se popolnoma ne izprazni. Ta lastnost daje tem baterijam več prednosti pri uporabi v vezjih, saj praktično odpravlja potrebo po regulaciji napetosti.
Napetost polnega praznjenja je 2,0 volta, najnižja zabeležena meja praznjenja katere koli baterije litijeve tehnologije. Te baterije so vodilne vživljenjska doba, ki je enaka 2000 ciklom za polnjenje in praznjenje. Zaradi varnosti njihove kemične strukture se lahko baterije LiFePO4 polnijo s posebno pospešeno metodo delta V, ko se na baterijo dovaja velik tok.
Veliko baterij ne prenese tega načina polnjenja, zaradi česar se pregrejejo in pokvarijo. V primeru litij-železo-fosfatnih baterij uporaba te metode ni le možna, ampak celo priporočljiva. Zato obstajajo posebni polnilniki posebej za polnjenje takšnih baterij. Seveda takšnih polnilnikov ni mogoče uporabljati na baterijah z drugo kemijo. Glede na obliko se lahko litij-železo-fosfatne baterije na teh polnilnikih popolnoma napolnijo v 15-30 minutah.
Zadnji razvoj na področju baterij LiFePO4 uporabniku ponuja baterije z izboljšanim temperaturnim območjem delovanja. Če je standardno območje delovanja za litij-ionske baterije -20 do +20 stopinj Celzija, potem lahko litij-železo-fosfatne baterije delujejo popolnoma v območju od -30 do +55. Polnjenje ali praznjenje baterije pri temperaturah nad ali pod opisanimi lahko močno poškoduje baterijo.
Litij-železo-fosfatne baterije so veliko manj prizadete zaradi staranja kot druge litij-ionske baterije. Staranje je naravna izguba zmogljivosti skozi čas, ki je neodvisna od tega, ali je baterija uporabljena ozje na polici. Za primerjavo, vse litij-ionske baterije vsako leto izgubijo približno 10 % zmogljivosti. Litijev železov fosfat izgubi le 1,5%.
Slabost teh baterij je manjša zmogljivost, ki je 14 % manjša (ali tako) kot pri drugih litij-ionskih baterijah.
varnost ferofosfatnih baterij
Ta vrsta baterij velja za eno najvarnejših med vsemi obstoječimi vrstami baterij. LiFePO4 Litij-fosfatne baterije imajo zelo stabilno kemijo in lahko dobro prenesejo velike obremenitve pri praznjenju (pri delovanju z nizkim uporom) in polnjenju (pri polnjenju baterije z visokimi tokovi).
Zaradi dejstva, da so fosfati kemično varni, je te baterije lažje odstraniti, potem ko so porabili svoj vir. Številne baterije z nevarno kemijo (kot je litij-kob alt) morajo opraviti dodatne postopke recikliranja, da bi odpravili nevarnost za okolje.
Polnjenje litij-železo-fosfatnih baterij
Eden od razlogov za komercialni interes vlagateljev v kemijo ferofosfata je bila zmožnost hitrega polnjenja, kar je posledica njegove stabilnosti. Takoj po organizaciji transportnega izpusta LiFePO4 baterij so bile postavljene kot baterije, ki jih je mogoče hitro polniti.
Za ta namen so bili izdelani posebni polnilci. Kot je bilo že omenjeno, takšnih polnilnikov ni mogoče uporabljati na drugih baterijah, saj se bodo zaradi tega pregrevale in močno poškodovalejih.
S posebnim polnilnikom za te baterije jih lahko napolnite v 12-15 minutah. Ferofosfatne baterije se lahko polnijo tudi z običajnimi polnilniki. Na voljo so tudi kombinirane možnosti polnilnika z obema načinoma polnjenja. Najboljša možnost bi bila seveda uporaba pametnih polnilnikov z veliko možnostmi za nadzor postopka polnjenja.
naprava za litij-železo-fosfatno baterijo
Litij-železo-fosfatna LiFePO4 baterija nima nobenih posebnih značilnosti v notranji strukturi v primerjavi s svojimi kolegi v kemični tehnologiji. Samo en element je bil podvržen spremembi - katoda iz železovega fosfata. Material anode je litij (vse litij-ionske baterije imajo litijevo anodo).
Delovanje katere koli baterije temelji na reverzibilnosti kemične reakcije. V nasprotnem primeru se procesi, ki se odvijajo v bateriji, imenujejo oksidacijski in redukcijski procesi. Vsaka baterija je sestavljena iz elektrod - katode (minus) in anode (plus). V vsaki bateriji je tudi separator - porozen material, impregniran s posebno tekočino - elektrolitom.
Ko se baterija izprazni, se litijevi ioni premikajo skozi separator od katode do anode in oddajajo nakopičen naboj (oksidacija). Ko je baterija napolnjena, se litijevi ioni premikajo v nasprotni smeri od anode do katode in kopičijo naboj (obnovitev).
Vrste litij-železo-fosfatnih baterij
Vse vrste baterij v tej kemiji lahko razdelimo v štiri kategorije:
- DokončanoBaterija.
- Velike celice v obliki paralelepipedov.
- Majhne celice v obliki paralelepipedov (prizme - baterije LiFePO4 pri 3,2 V).
- Majhne kovance (pakiranja).
- Cilindrične baterije.
Litij-železo-fosfatne baterije in celice imajo lahko različne nazivne napetosti od 12 do 60 voltov. V mnogih pogledih prekašajo tradicionalne svinčeve baterije: čas cikla je veliko daljši, teža je nekajkrat manjša in se večkrat hitreje polnijo.
Cilindrične baterije v tej kemiji se uporabljajo tako ločeno kot v verigi. Dimenzije teh cilindričnih baterij so zelo različne: od 14.500 (prstni tip) do 32.650.
Litij-železo-fosfatne baterije
Ferofosfatne baterije za kolesa in električna kolesa si zaslužijo posebno pozornost. Z izumom nove železo-fosfatne katode so skupaj z drugimi vrstami baterij, ki temeljijo na tej kemiji, izšle posebne baterije, ki jih je zaradi izboljšanih lastnosti in manjše teže priročno uporabljati tudi na običajnih kolesih. Takšne baterije so takoj postale priljubljene med ljubitelji nadgradnje svojih koles.
Litij-železo-fosfatne baterije zmorejo več ur brezskrbnega kolesarjenja, kar je dostojna konkurenca motorjem z notranjim zgorevanjem, ki so bili v preteklosti pogosto nameščeni tudi na kolesih. Običajno za podatkeza namene se uporabljajo 48v LiFePO4 baterije, možno pa je kupiti baterije za 25, 36 in 60 voltov.
Uporaba ferofosfatnih baterij
Vloga baterij v tej kemiji je jasna brez komentarja. Prizme se uporabljajo za različne namene - LiFePO4 3, 2 V baterije. Večje celice se uporabljajo kot elementi varovalnih sistemov za sončno energijo in vetrne turbine. Ferofosfatne baterije se aktivno uporabljajo pri izdelavi električnih vozil.
Majhne prazne baterije se uporabljajo za telefone, prenosnike in tablične računalnike. Cilindrične baterije različnih oblik se uporabljajo za airsoft puške, elektronske cigarete, radijsko vodene modele itd.
