Šiandien yra daug baterijų su skirtingomis cheminėmis medžiagomis. Šiandien populiariausios yra ličio jonų baterijos. Šiai grupei taip pat priklauso ličio-geležies fosfato (ferofosfato) baterijos. Nors visos šios kategorijos baterijos yra iš esmės panašios techninėmis specifikacijomis, ličio geležies fosfato baterijos turi savo unikalių savybių, išskiriančių jas nuo kitų akumuliatorių, pagamintų naudojant ličio jonų technologiją.
Ličio geležies fosfato akumuliatoriaus atradimo istorija
LiFePO4 akumuliatoriaus išradėjas yra Johnas Goodenoughas, kuris 1996 m. Teksaso universitete dirbo kurdamas naują katodinę medžiagą ličio jonų baterijoms. Profesoriui pavyko sukurti pigesnę, mažesnio toksiškumo ir aukšto terminio stabilumo medžiagą. Vienas iš baterijos, kuriai buvo naudojamas naujas katodas, trūkumas buvo mažesnė talpa.
Niekas nesidomėjo Johno Goodenough išradimu, tačiau 2003 m. A 123 Systems nusprendė sukurti šią technologiją, laikydamas ją gana perspektyvia. Daugelis didelių korporacijų tapo investuotojais į šią technologiją – „Sequoia Capital“, „Qualcomm“, „Motorola“.
LiFePO4 baterijų charakteristikos
Ferofosfato akumuliatoriaus įtampa yra tokia pati kaip kitų ličio jonų technologijos baterijų. Nominali įtampa priklauso nuo akumuliatoriaus matmenų (dydžio, formos faktoriaus). 18 650 akumuliatoriams tai yra 3,7 volto, 10 440 (mažiesiems pirštams) - 3,2, 24 330 - 3,6.
Beveik visų baterijų įtampa palaipsniui krinta išsikrovimo metu. Viena iš išskirtinių savybių – įtampos stabilumas dirbant su LiFePO4 akumuliatoriais. Akumuliatorių, pagamintų naudojant nikelio technologiją (nikelio-kadmio, nikelio-metalo hidrido), įtampos charakteristikos yra panašios į šias.
Priklausomai nuo dydžio, ličio geležies fosfato baterija gali tiekti nuo 3,0 iki 3,2 voltų, kol visiškai išsikraus. Ši savybė suteikia daugiau pranašumų šioms baterijoms, kai jos naudojamos grandinėse, nes praktiškai nebereikia reguliuoti įtampos.
Visiško iškrovimo įtampa yra 2,0 voltų, tai yra žemiausia užregistruota bet kurio ličio technologijos akumuliatoriaus iškrovimo riba. Šios baterijos yra lyderėstarnavimo laikas, atitinkantis 2000 įkrovimo ir iškrovimo ciklų. Dėl savo cheminės struktūros saugumo LiFePO4 baterijas galima įkrauti specialiu paspartintu delta V metodu, kai į akumuliatorių patenka didelė srovė.
Daugelis baterijų negali atlaikyti šio įkrovimo būdo, todėl jos perkaista ir genda. Ličio-geležies-fosfato akumuliatorių atveju naudoti šį metodą ne tik įmanoma, bet netgi rekomenduojama. Todėl yra specialūs įkrovikliai, skirti būtent tokioms baterijoms įkrauti. Žinoma, tokių įkroviklių negalima naudoti su kitos cheminės medžiagos akumuliatoriais. Atsižvelgiant į formos faktorių, šių įkroviklių ličio geležies fosfato baterijas galima visiškai įkrauti per 15–30 minučių.
Pastarieji pokyčiai LiFePO4 baterijų srityje siūlo vartotojui patobulintą darbinės temperatūros diapazoną. Jei standartinis ličio jonų baterijų veikimo diapazonas yra nuo -20 iki +20 laipsnių Celsijaus, tai ličio geležies fosfato baterijos puikiai gali veikti nuo -30 iki +55. Įkraunant arba iškraunant akumuliatorių aukštesnėje arba žemesnėje temperatūroje, nei aprašyta, akumuliatorius bus labai pažeistas.
Ličio geležies fosfato baterijas senėjimo poveikis veikia daug mažiau nei kitas ličio jonų baterijas. Senėjimas yra natūralus talpos praradimas laikui bėgant, kuris nepriklauso nuo to, ar baterija naudojama, aryra lentynoje. Palyginimui, visos ličio jonų baterijos kasmet praranda apie 10% talpos. Ličio geležies fosfatas praranda tik 1,5 %.
Šių baterijų trūkumas yra mažesnė talpa, kuri yra 14 % mažesnė (maždaug) nei kitų ličio jonų baterijų.
Ferofosfato akumuliatoriaus sauga
Šio tipo baterijos laikomos viena saugiausių tarp visų esamų tipų baterijų. LiFePO4 ličio fosfato baterijos turi labai stabilią chemiją ir gerai atlaiko dideles apkrovas iškraunant (naudojant mažą varžą) ir įkraunant (kraunant akumuliatorių didelėmis srovėmis).
Dėl to, kad fosfatai yra chemiškai saugūs, šias baterijas lengviau išmesti išnaudojus išteklius. Daugelis pavojingų cheminių elementų (pvz., ličio ir kob alto) turi būti papildomai perdirbami, kad būtų pašalintas pavojus aplinkai.
Ličio geležies fosfato baterijų įkrovimas
Viena iš investuotojų komercinio susidomėjimo ferofosfato chemija priežasčių buvo galimybė greitai įkrauti, atsirandanti dėl jos stabilumo. Iškart po LiFePO4 akumuliatorių konvejerio išleidimo organizavimo jie buvo pastatyti kaip baterijos, kurias galima greitai įkrauti.
Šiam tikslui buvo pagaminti specialūs įkrovikliai. Kaip jau minėta aukščiau, tokių įkroviklių negalima naudoti su kitais akumuliatoriais, nes jie perkais ir labai sugadins.juos.
Specialus šių baterijų įkroviklis gali jas įkrauti per 12–15 minučių. Ferofosfato baterijas taip pat galima įkrauti įprastais įkrovikliais. Taip pat yra kombinuotų įkrovimo variantų su abiem įkrovimo režimais. Žinoma, geriausias pasirinkimas būtų naudoti išmaniuosius įkroviklius su daugybe galimybių valdyti įkrovimo procesą.
Ličio geležies fosfato akumuliatoriaus įrenginys
Ličio-geležies fosfato LiFePO4 akumuliatorius neturi jokių ypatingų vidinės struktūros bruožų, palyginti su analogais chemijos technologijoje. Pakeistas tik vienas elementas – katodas, pagamintas iš geležies fosfato. Anodo medžiaga yra ličio (visose ličio jonų baterijose yra ličio anodas).
Bet kurio akumuliatoriaus veikimas pagrįstas cheminės reakcijos grįžtamumu. Priešingu atveju akumuliatoriaus viduje vykstantys procesai vadinami oksidacijos ir redukcijos procesais. Bet kuri baterija susideda iš elektrodų - katodo (minuso) ir anodo (pliuso). Be to, bet kurio akumuliatoriaus viduje yra separatorius – porėta medžiaga, impregnuota specialiu skysčiu – elektrolitu.
Kai baterija išsikrauna, ličio jonai juda per separatorių nuo katodo iki anodo, išskirdami sukauptą krūvį (oksidaciją). Kai akumuliatorius įkraunamas, ličio jonai juda priešinga kryptimi nuo anodo link katodo ir kaupia įkrovą (atkuria).
Ličio geležies fosfato baterijų tipai
Visų tipų šios cheminės medžiagos baterijas galima suskirstyti į keturias kategorijas:
- UžbaigtaBaterija.
- Didelės gretasienio formos ląstelės.
- Maži elementai gretasienių pavidalo (prizmės – LiFePO4 baterijos esant 3,2 V).
- Maži monetų langeliai (pakeliai).
- Cilindrinės baterijos.
Ličio geležies fosfato baterijos ir elementai gali turėti skirtingą vardinę įtampą nuo 12 iki 60 voltų. Jie daugeliu atžvilgių pranoksta tradicinius švino-rūgšties akumuliatorius: ciklo trukmė daug ilgesnė, svoris kelis kartus mažesnis, o įkraunami kelis kartus greičiau.
Šios chemijos cilindriniai akumuliatoriai naudojami tiek atskirai, tiek grandinėje. Šių cilindrinių baterijų matmenys labai skirtingi: nuo 14 500 (piršto tipo) iki 32 650.
Ličio geležies fosfato akumuliatoriai
Ferofosfatinės dviračių ir elektrinių dviračių baterijos nusipelno ypatingo dėmesio. Išradus naują geležies-fosfato katodą, kartu su kitų tipų baterijomis šios chemijos pagrindu, atsirado specialios baterijos, kurias dėl patobulintų savybių ir lengvesnio svorio galima patogiai naudoti net ant įprastų dviračių. Tokie akumuliatoriai iškart išpopuliarėjo tarp dviračių atnaujinimo gerbėjų.
Ličio geležies fosfato akumuliatoriai gali užtikrinti keletą valandų nerūpestingo važiavimo dviračiu, o tai yra verta konkurencija vidaus degimo varikliams, kurie anksčiau taip pat dažnai buvo montuojami ant dviračių. Paprastai duomenimstikslams naudojami 48v LiFePO4 akumuliatoriai, bet galima įsigyti 25, 36 ir 60 voltų akumuliatorių.
Ferofosfato baterijų taikymas
Akumuliatorių vaidmuo šioje chemijoje yra aiškus be komentarų. Prizmės naudojamos įvairiems tikslams - LiFePO4 3, 2 v baterijos. Didesni elementai naudojami kaip saulės energijos ir vėjo turbinų buferinių sistemų elementai. Ferofosfato akumuliatoriai aktyviai naudojami gaminant elektromobilius.
Mažos išsikrovusios baterijos naudojamos telefonams, nešiojamiesiems kompiuteriams ir planšetiniams kompiuteriams. Įvairių formų cilindrinės baterijos naudojamos airsoft ginklams, elektroninėms cigaretėms, radijo bangomis valdomiems modeliams ir kt.
