I dag er der et stort antal batterier med forskellige typer kemi. De mest populære batterier i dag er lithium-ion. Denne gruppe omfatter også lithium-jern-phosphat (ferrophosphat) batterier. Mens alle batterier i denne kategori stort set er ens i tekniske specifikationer, har lithiumjernfosfatbatterier deres egne unikke egenskaber, der adskiller dem fra andre batterier fremstillet ved hjælp af lithium-ion-teknologi.
Historien om opdagelsen af lithiumjernfosfatbatteriet
Opfinderen af LiFePO4-batteriet er John Goodenough, som arbejdede i 1996 ved University of Texas på et nyt katodemateriale til lithium-ion-batterier. Professoren formåede at skabe et materiale, der er billigere, har mindre toksicitet og høj termisk stabilitet. Blandt manglerne ved batteriet, som brugte den nye katode, var en lavere kapacitet.
Ingen var interesseret i John Goodenoughs opfindelse, men i 2003 besluttede A 123 Systems at udvikle denne teknologi, da den betragtede den som ret lovende. Mange store virksomheder er blevet investorer i denne teknologi - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
Kenskaber ved LiFePO4-batterier
Spændingen på ferrofosfatbatteriet er den samme som for andre lithium-ion-teknologibatterier. Den nominelle spænding afhænger af batteriets dimensioner (størrelse, formfaktor). For batterier 18 650 er dette 3,7 volt, for 10 440 (lille fingre) - 3,2, for 24 330 - 3,6.
For næsten alle batterier falder spændingen gradvist under afladning. En af de unikke egenskaber er spændingsstabiliteten, når man arbejder med LiFePO4-batterier. Batterier fremstillet ved hjælp af nikkelteknologi (nikkel-cadmium, nikkel-metalhydrid) har spændingsegenskaber, der ligner disse.
Afhængigt af størrelse kan et lithiumjernfosfatbatteri levere mellem 3,0 og 3,2 volt, indtil det er helt afladet. Denne egenskab giver disse batterier flere fordele, når de bruges i kredsløb, da den praktisk t alt eliminerer behovet for spændingsregulering.
Fuld afladningsspænding er 2,0 volt, den laveste registrerede afladningsgrænse for et lithiumteknologibatteri. Disse batterier er førende inden forlevetid, hvilket svarer til 2000 cyklusser for opladning og afladning. På grund af deres kemiske strukturs sikkerhed kan LiFePO4-batterier oplades ved hjælp af en speciel accelereret delta V-metode, når der tilføres en stor strøm til batteriet.
Mange batterier kan ikke modstå denne opladningsmetode, hvilket får dem til at overophedes og forringes. I tilfælde af lithium-jern-phosphat-batterier er det ikke kun muligt at bruge denne metode, men endda anbefalet. Derfor findes der specielle opladere specielt til opladning af sådanne batterier. Sådanne opladere kan naturligvis ikke bruges på batterier med anden kemi. Afhængigt af formfaktoren kan lithiumjernfosfatbatterier på disse opladere oplades helt på 15-30 minutter.
Den seneste udvikling inden for LiFePO4-batterier tilbyder brugeren batterier med et forbedret driftstemperaturområde. Hvis standarddriftsområdet for lithium-ion-batterier er -20 til +20 grader Celsius, så kan lithium-jernfosfat-batterier fungere perfekt i området -30 til +55. Opladning eller afladning af et batteri ved temperaturer over eller under de beskrevne vil beskadige batteriet alvorligt.
Lithiumjernfosfatbatterier er meget mindre påvirket af ældningseffekten end andre lithium-ion-batterier. Aldring er det naturlige tab af kapacitet over tid, som er uafhængigt af, om et batteri bruges ellerer på hylden. Til sammenligning mister alle lithium-ion-batterier omkring 10 % kapacitet hvert år. Lithiumjernfosfat taber kun 1,5%.
Ulempen ved disse batterier er den lavere kapacitet, som er 14 % mindre (eller deromkring) end andre lithium-ion-batterier.
Ferrofosfatbatterisikkerhed
Denne type batterier anses for at være en af de sikreste blandt alle eksisterende batterityper. LiFePO4 lithiumphosphat-batterier har en meget stabil kemi og er i stand til at modstå store belastninger godt ved afladning (ved drift med lav modstand) og opladning (når batteriet oplades med høj strøm).
På grund af det faktum, at fosfater er kemisk sikre, er disse batterier nemmere at kassere, efter at de har udbygget deres ressource. Mange batterier med farlig kemi (såsom lithium-kobolt) skal gennemgå yderligere genbrugsprocesser for at eliminere deres miljøfare.
Opladning af lithiumjernfosfatbatterier
En af grundene til investorernes kommercielle interesse for ferrophosphatkemi var evnen til hurtigt at lade op, som følge af dens stabilitet. Umiddelbart efter organiseringen af transportbåndsfrigivelsen af LiFePO4-batterier blev de placeret som batterier, der hurtigt kan oplades.
Særlige opladere er blevet produceret til dette formål. Som allerede nævnt ovenfor kan sådanne opladere ikke bruges på andre batterier, da dette vil få dem til at overophede og vil beskadigedem.
En speciel oplader til disse batterier kan oplade dem på 12-15 minutter. Ferrophosphat-batterier kan også oplades med konventionelle opladere. Der er også kombinerede opladermuligheder med begge opladningstilstande. Den bedste mulighed ville selvfølgelig være at bruge smarte opladere med mange muligheder for at styre opladningsprocessen.
Lithiumjernfosfatbatterienhed
Lithium-jern-phosphat LiFePO4-batteriet har ingen særlige egenskaber i den interne struktur sammenlignet med dets modstykker inden for kemisk teknologi. Kun ét element har gennemgået en ændring - en katode lavet af jernfosfat. Anodematerialet er lithium (alle lithium-ion-batterier har en lithium-anode).
Betjeningen af ethvert batteri er baseret på reversibiliteten af en kemisk reaktion. Ellers kaldes de processer, der foregår inde i batteriet, for oxidations- og reduktionsprocesser. Ethvert batteri består af elektroder - en katode (minus) og en anode (plus). Inden i ethvert batteri er der også en separator - et porøst materiale imprægneret med en speciel væske - en elektrolyt.
Når batteriet er afladet, bevæger lithium-ioner sig gennem separatoren fra katoden til anoden og afgiver den akkumulerede ladning (oxidation). Når et batteri oplades, bevæger lithium-ioner sig i den modsatte retning fra anoden til katoden og akkumulerer ladning (genvinding).
Typer af lithiumjernfosfatbatterier
Alle typer batterier i denne kemi kan opdeles i fire kategorier:
- FuldstændigBatteri.
- Store celler i form af parallelepipeder.
- Små celler i form af parallelepipeder (prismer - LiFePO4-batterier ved 3,2 V).
- Små møntceller (pakker).
- Cylindriske batterier.
Lithium-jernfosfat-batterier og -celler kan have forskellige nominelle spændinger fra 12 til 60 volt. De udkonkurrerer traditionelle bly-syre-batterier på mange måder: cyklustiden er meget længere, vægten er flere gange lavere, og de genoplades flere gange hurtigere.
Cylindriske batterier i denne kemi bruges både separat og i en kæde. Dimensionerne på disse cylindriske batterier er meget forskellige: fra 14.500 (fingertype) til 32.650.
Lithiumjernfosfatbatterier
Ferrophosphat-batterier til cykler og elektriske cykler fortjener særlig opmærksomhed. Med opfindelsen af en ny jernfosfat-katode kom der sammen med andre typer batterier baseret på denne kemi specielle batterier ud, som på grund af deres forbedrede egenskaber og lettere vægt bekvemt kan bruges selv på almindelige cykler. Sådanne batterier vandt straks popularitet blandt fans af at opgradere deres cykler.
Lithium-jernfosfat-batterier er i stand til at give flere timers ubekymret cykling, hvilket er en værdig konkurrence for forbrændingsmotorer, som også ofte blev installeret på cykler før i tiden. Norm alt til dataformål, bruges 48v LiFePO4 batterier, men det er muligt at købe batterier til 25, 36 og 60 volt.
Anvendelse af ferrofosfatbatterier
Batteriernes rolle i denne kemi er klar uden kommentarer. Prismer bruges til forskellige formål - LiFePO4 3, 2 v batterier. Større celler bruges som elementer i buffersystemer til solenergi og vindmøller. Ferrophosphat-batterier bruges aktivt i konstruktionen af elektriske køretøjer.
Små flade batterier bruges til telefoner, bærbare computere og tablet-pc'er. Cylindriske batterier af forskellige formfaktorer bruges til airsoftpistoler, elektroniske cigaretter, radiostyrede modeller osv.
