V súčasnosti existuje veľké množstvo batérií s rôznymi druhmi chémie. Najpopulárnejšie batérie sú dnes lítium-iónové. Do tejto skupiny patria aj lítium-železo-fosfátové (ferofosfátové) batérie. Zatiaľ čo všetky batérie v tejto kategórii sú z hľadiska technických špecifikácií v podstate podobné, lítium-železofosfátové batérie majú svoje vlastné jedinečné vlastnosti, ktoré ich odlišujú od iných batérií vyrobených pomocou lítium-iónovej technológie.
Príbeh objavu lítium-železofosfátovej batérie
Vynálezcom LiFePO4 batérie je John Goodenough, ktorý v roku 1996 pracoval na Texaskej univerzite na novom katódovom materiáli pre lítium-iónové batérie. Profesorovi sa podarilo vytvoriť materiál, ktorý je lacnejší, má menšiu toxicitu a vysokú tepelnú stabilitu. Medzi nedostatky batérie, ktorá využívala novú katódu, bola nižšia kapacita.
Nikto nemal záujem o vynález Johna Goodenougha, ale v roku 2003 sa spoločnosť A 123 Systems rozhodla vyvinúť túto technológiu, pretože ju považovala za celkom sľubnú. Mnoho veľkých korporácií sa stalo investormi tejto technológie – Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
Charakteristiky LiFePO4 batérií
Napätie ferofosfátovej batérie je rovnaké ako pri iných lítium-iónových batériách. Menovité napätie závisí od rozmerov batérie (veľkosť, tvarový faktor). Pre batérie 18 650 je to 3,7 voltu, pre 10 440 (malé prsty) - 3,2, pre 24 330 - 3,6.
Pri takmer všetkých batériách napätie počas vybíjania postupne klesá. Jednou z unikátnych vlastností je stabilita napätia pri práci s LiFePO4 batériami. Batérie vyrobené pomocou technológie niklu (nikel-kadmium, nikel-metal hydrid) majú napäťové charakteristiky podobné týmto.
V závislosti od veľkosti môže lítium-železofosfátová batéria dodávať 3,0 až 3,2 voltov až do úplného vybitia. Táto vlastnosť dáva týmto batériám viac výhod pri použití v obvodoch, pretože prakticky eliminuje potrebu regulácie napätia.
Napätie úplného vybitia je 2,0 voltov, čo je najnižší zaznamenaný limit vybitia zo všetkých batérií s lítiovou technológiou. Tieto batérie sú lídrami vživotnosť, ktorá zodpovedá 2000 cyklom nabitia a vybitia. Kvôli bezpečnosti ich chemickej štruktúry je možné LiFePO4 batérie nabíjať pomocou špeciálnej zrýchlenej metódy delta V, keď sa na batériu aplikuje veľký prúd.
Mnohé batérie nevydržia tento spôsob nabíjania, čo spôsobuje ich prehrievanie a opotrebovanie. V prípade lítium-železo-fosfátových batérií je použitie tejto metódy nielen možné, ale dokonca odporúčané. Preto existujú špeciálne nabíjačky špeciálne na nabíjanie takýchto batérií. Samozrejme, takéto nabíjačky nemožno použiť na batérie s inou chémiou. V závislosti od tvarového faktora môžu byť lítium-železofosfátové batérie na týchto nabíjačkách plne nabité za 15-30 minút.
Nedávny vývoj v oblasti batérií LiFePO4 ponúka používateľom batérie so zlepšeným rozsahom prevádzkových teplôt. Ak je štandardný prevádzkový rozsah pre lítium-iónové batérie -20 až +20 stupňov Celzia, potom lítium-železofosfátové batérie môžu perfektne fungovať v rozsahu -30 až +55. Nabíjanie alebo vybíjanie batérie pri teplotách vyšších alebo nižších ako sú opísané hodnoty vážne poškodí batériu.
Lítium-železofosfátové batérie sú oveľa menej ovplyvnené starnutím ako iné lítium-iónové batérie. Starnutie je prirodzená strata kapacity v priebehu času, ktorá je nezávislá od toho, či je batéria používaná respje na poličke. Pre porovnanie, všetky lítium-iónové batérie strácajú každý rok približne 10 % kapacity. Fosforečnan lítno-železitý stráca iba 1,5 %.
Nevýhodou týchto batérií je nižšia kapacita, ktorá je o 14 % nižšia (asi tak) ako u iných lítium-iónových batérií.
Bezpečnosť ferofosfátovej batérie
Tento typ batérií sa považuje za jeden z najbezpečnejších spomedzi všetkých existujúcich typov batérií. LiFePO4 Lithium Phosphate batérie majú veľmi stabilnú chémiu a sú schopné dobre znášať veľké zaťaženie pri vybíjaní (pri prevádzke s nízkym odporom) a nabíjaní (pri nabíjaní batérie vysokými prúdmi).
Vzhľadom na skutočnosť, že fosfáty sú chemicky bezpečné, tieto batérie sa po vyčerpaní svojich zdrojov ľahšie likvidujú. Mnohé batérie s nebezpečnou chémiou (ako je lítium-kob alt) musia prejsť dodatočnými procesmi recyklácie, aby sa eliminovala ich environmentálna nebezpečnosť.
Nabíjanie lítium-železofosfátových batérií
Jedným z dôvodov komerčného záujmu investorov o ferofosfátovú chémiu bola schopnosť rýchleho nabíjania, vyplývajúca z jej stability. Ihneď po organizácii uvoľnenia dopravníka LiFePO4 batérií boli umiestnené ako batérie, ktoré možno rýchlo nabíjať.
Na tento účel boli vyrobené špeciálne nabíjačky. Ako už bolo uvedené vyššie, takéto nabíjačky nemožno použiť na iné batérie, pretože to spôsobí ich prehriatie a veľké poškodenieich.
Špeciálna nabíjačka pre tieto batérie ich dokáže nabiť za 12-15 minút. Ferofosfátové batérie je možné nabíjať aj klasickými nabíjačkami. K dispozícii sú aj kombinované možnosti nabíjania s oboma režimami nabíjania. Najlepšou možnosťou by samozrejme bolo použiť inteligentné nabíjačky s mnohými možnosťami riadenia procesu nabíjania.
Zariadenie na lítium-železofosfátovú batériu
Lítium-železo-fosfátová LiFePO4 batéria nemá žiadne špeciálne vlastnosti vo vnútornej štruktúre v porovnaní s jej náprotivkami v chemickej technológii. Zmenou prešiel len jeden prvok – katóda vyrobená z fosforečnanu železa. Materiál anódy je lítium (všetky lítium-iónové batérie majú lítiovú anódu).
Prevádzka akejkoľvek batérie je založená na reverzibilite chemickej reakcie. Inak sa procesy vyskytujúce sa vo vnútri batérie nazývajú oxidačné a redukčné procesy. Akákoľvek batéria pozostáva z elektród - katódy (mínus) a anódy (plus). Vo vnútri každej batérie je tiež separátor - porézny materiál napustený špeciálnou kvapalinou - elektrolytom.
Keď je batéria vybitá, lítiové ióny sa pohybujú cez separátor z katódy na anódu a uvoľňujú nahromadený náboj (oxidáciu). Keď je batéria nabitá, lítiové ióny sa pohybujú v opačnom smere od anódy ku katóde a akumulujú náboj (regeneráciu).
Typy lítium-železofosfátových batérií
Všetky typy batérií na tejto chémii možno rozdeliť do štyroch kategórií:
- DokončenéBatéria.
- Veľké bunky v tvare rovnobežnostenov.
- Malé články vo forme rovnobežnostenov (hranoly - LiFePO4 batérie pri 3,2 V).
- Malé mince (balenia).
- Valcové batérie.
Lithium-železo fosfátové batérie a články môžu mať rôzne nominálne napätie od 12 do 60 voltov. V mnohých smeroch prekonávajú tradičné olovené batérie: doba cyklu je oveľa dlhšia, hmotnosť je niekoľkonásobne nižšia a nabíjajú sa niekoľkokrát rýchlejšie.
Cylindrické batérie v tejto chémii sa používajú samostatne aj v reťazci. Rozmery týchto valcových batérií sú veľmi odlišné: od 14 500 (typ prsta) po 32 650.
Lítium-železofosfátové batérie
Ferofosfátové batérie pre bicykle a elektrické bicykle si zaslúžia osobitnú pozornosť. S vynálezom novej železo-fosfátovej katódy spolu s ďalšími typmi batérií založených na tejto chémii vznikli špeciálne batérie, ktoré sa vďaka zlepšeným vlastnostiam a nižšej hmotnosti dajú pohodlne použiť aj na bežných bicykloch. Takéto batérie si okamžite získali obľubu medzi fanúšikmi modernizácie svojich bicyklov.
Lithium Iron Phosphate batérie sú schopné poskytnúť niekoľko hodín bezstarostnej jazdy na bicykli, čo je dôstojná konkurencia pre spaľovacie motory, ktoré sa v minulosti tiež často montovali na bicykle. Zvyčajne pre dátaúčely sa používajú 48v LiFePO4 batérie, ale je možné dokúpiť batérie pre 25, 36 a 60 voltov.
Použitie ferofosfátových batérií
Úloha batérií v tejto chémii je jasná bez komentára. Hranoly sa používajú na rôzne účely - LiFePO4 3, 2 V batérie. Väčšie články sa používajú ako prvky vyrovnávacích systémov pre solárnu energiu a veterné turbíny. Ferofosfátové batérie sa aktívne využívajú pri konštrukcii elektrických vozidiel.
Malé ploché batérie sa používajú v telefónoch, notebookoch a tabletoch. Valcové batérie rôznych tvarov sa používajú pre airsoftové zbrane, elektronické cigarety, rádiom riadené modely atď.
