Idag finns det ett stort antal batterier med olika typer av kemi. De mest populära batterierna idag är litiumjoner. Denna grupp inkluderar även litium-järn-fosfat (ferrofosfat) batterier. Även om alla batterier i den här kategorin i stort sett är lika i tekniska specifikationer, har litiumjärnfosfatbatterier sina egna unika egenskaper som skiljer dem från andra batterier tillverkade med litiumjonteknik.
Berättelsen om upptäckten av litiumjärnfosfatbatteriet
Uppfinnaren av LiFePO4-batteriet är John Goodenough, som arbetade 1996 vid University of Texas med ett nytt katodmaterial för litiumjonbatterier. Professorn lyckades skapa ett material som är billigare, har mindre toxicitet och hög termisk stabilitet. Bland bristerna med batteriet, som använde den nya katoden, var en lägre kapacitet.
Ingen var intresserad av John Goodenoughs uppfinning, men 2003 bestämde sig A 123 Systems för att utveckla denna teknik, eftersom den ansåg att den var ganska lovande. Många stora företag har blivit investerare i denna teknik - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
Egenskaper hos LiFePO4-batterier
Spänningen på ferrofosfatbatteriet är densamma som för andra litiumjonbatterier. Märkspänningen beror på batteriets dimensioner (storlek, formfaktor). För batterier 18 650 är detta 3,7 volt, för 10 440 (lillfingrar) - 3,2, för 24 330 - 3,6.
För nästan alla batterier sjunker spänningen gradvis under urladdning. En av de unika egenskaperna är spänningsstabiliteten när man arbetar med LiFePO4-batterier. Batterier tillverkade med nickelteknik (nickel-kadmium, nickel-metallhydrid) har liknande spänningsegenskaper som dessa.
Beroende på storlek kan ett litiumjärnfosfatbatteri leverera mellan 3,0 och 3,2 volt tills det är helt urladdat. Denna egenskap ger dessa batterier fler fördelar när de används i kretsar, eftersom den praktiskt taget eliminerar behovet av spänningsreglering.
Fullurladdningsspänningen är 2,0 volt, den lägsta registrerade urladdningsgränsen för något litiumbatteri. Dessa batterier är ledande inomlivslängd, vilket motsvarar 2000 cykler för laddning och urladdning. På grund av säkerheten i deras kemiska struktur kan LiFePO4-batterier laddas med en speciell accelererad delta V-metod när en stor ström appliceras på batteriet.
Många batterier tål inte den här laddningsmetoden, vilket gör att de överhettas och försämras. När det gäller litium-järn-fosfatbatterier är det inte bara möjligt att använda denna metod, utan även rekommenderad. Därför finns det speciella laddare speciellt för att ladda sådana batterier. Naturligtvis kan sådana laddare inte användas på batterier med annan kemi. Beroende på formfaktorn kan litiumjärnfosfatbatterier på dessa laddare laddas helt på 15-30 minuter.
Den senaste utvecklingen inom området LiFePO4-batterier erbjuder användaren batterier med ett förbättrat driftstemperaturområde. Om standarddriftområdet för litiumjonbatterier är -20 till +20 grader Celsius, kan litiumjärnfosfatbatterier fungera perfekt i intervallet -30 till +55. Att ladda eller ladda ur ett batteri vid temperaturer över eller under de som beskrivs kommer att skada batteriet allvarligt.
Litiumjärnfosfatbatterier påverkas mycket mindre av åldringseffekten än andra litiumjonbatterier. Åldrande är den naturliga förlusten av kapacitet över tid, vilket är oberoende av om ett batteri används ellerfinns på hyllan. Som jämförelse tappar alla litiumjonbatterier cirka 10 % kapacitet varje år. Litiumjärnfosfat tappar bara 1,5%.
Nackdelen med dessa batterier är den lägre kapaciteten, som är 14 % mindre (eller så) än andra litiumjonbatterier.
Ferrofosfatbatterisäkerhet
Den här typen av batterier anses vara en av de säkraste av alla befintliga typer av batterier. LiFePO4 litiumfosfatbatterier har en mycket stabil kemi och klarar tunga belastningar bra vid urladdning (vid lågresistansdrift) och laddning (vid laddning av batteriet med höga strömmar).
På grund av att fosfater är kemiskt säkra är dessa batterier lättare att kassera efter att de har utarbetat sin resurs. Många batterier med farlig kemi (som litium-kobolt) måste genomgå ytterligare återvinningsprocesser för att eliminera sin miljöfara.
Ladda litiumjärnfosfatbatterier
En av anledningarna till investerarnas kommersiella intresse för ferrofosfatkemi var förmågan att snabbt ladda, som ett resultat av dess stabilitet. Omedelbart efter organiseringen av transportörfrisläppandet av LiFePO4-batterier, placerades de som batterier som snabbt kan laddas.
Specialladdare har tagits fram för detta ändamål. Som redan nämnts ovan kan sådana laddare inte användas på andra batterier, eftersom detta kommer att få dem att överhettas och kommer att skada kraftigtdem.
En speciell laddare för dessa batterier kan ladda dem på 12-15 minuter. Ferrofosfatbatterier kan även laddas med konventionella laddare. Det finns även kombinerade laddar alternativ med båda laddningslägena. Det bästa alternativet skulle naturligtvis vara att använda smarta laddare med många alternativ för att styra laddningsprocessen.
Litiumjärnfosfatbatterienhet
Litium-järn-fosfat LiFePO4-batteriet har inga speciella egenskaper i den interna strukturen jämfört med dess motsvarigheter inom kemisk teknik. Endast ett element har genomgått en förändring - en katod gjord av järnfosfat. Anodmaterialet är litium (alla litiumjonbatterier har en litiumanod).
Batteriets funktion är baserad på reversibiliteten av en kemisk reaktion. Annars kallas de processer som sker inuti batteriet oxidations- och reduktionsprocesser. Alla batterier består av elektroder - en katod (minus) och en anod (plus). Inuti alla batterier finns också en separator - ett poröst material impregnerat med en speciell vätska - en elektrolyt.
När batteriet är urladdat, rör sig litiumjoner genom separatorn från katoden till anoden och avger den ackumulerade laddningen (oxidation). När ett batteri laddas, rör sig litiumjoner i motsatt riktning från anoden till katoden och ackumulerar laddning (återvinning).
Typer av litiumjärnfosfatbatterier
Alla typer av batterier i denna kemi kan delas in i fyra kategorier:
- FullständigBatteri.
- Stora celler i form av parallellepipeder.
- Små celler i form av parallellepipeder (prismor - LiFePO4-batterier på 3,2 V).
- Små myntceller (paket).
- Cylindriska batterier.
Litiumjärnfosfatbatterier och -celler kan ha olika nominella spänningar från 12 till 60 volt. De överträffar traditionella blybatterier på många sätt: cykeltiden är mycket längre, vikten är flera gånger lägre och de laddas flera gånger snabbare.
Cylindriska batterier i denna kemi används både separat och i en kedja. Måtten på dessa cylindriska batterier är mycket olika: från 14 500 (fingertyp) till 32 650.
litiumjärnfosfatbatterier
Ferrofosfatbatterier för cyklar och elcyklar förtjänar särskild uppmärksamhet. Med uppfinningen av en ny järnfosfatkatod, tillsammans med andra typer av batterier baserade på denna kemi, kom speciella batterier ut, som på grund av sina förbättrade egenskaper och lättare vikt bekvämt kan användas även på vanliga cyklar. Sådana batterier blev omedelbart populära bland fans av att uppgradera sina cyklar.
Litiumjärnfosfatbatterier kan ge flera timmars bekymmerslös cykling, vilket är en värdig tävling för förbränningsmotorer, som också ofta installerades på cyklar förr i tiden. Vanligtvis för dataändamål används 48v LiFePO4-batterier, men det är möjligt att köpa batterier för 25, 36 och 60 volt.
Applicering av ferrofosfatbatterier
Batteriernas roll i denna kemi är tydlig utan kommentarer. Prismor används för olika ändamål - LiFePO4 3, 2 v batterier. Större celler används som inslag i buffertsystem för solenergi och vindkraftverk. Ferrofosfatbatterier används aktivt vid konstruktion av elfordon.
Små platta batterier används för telefoner, bärbara datorer och surfplattor. Cylindriska batterier av olika formfaktorer används för luftvapen, elektroniska cigaretter, radiostyrda modeller, etc.
