Danas postoji veliki broj baterija s različitim vrstama kemije. Najpopularnije baterije danas su litij-ionske. U ovu skupinu spadaju i litij-željezo-fosfatne (ferofosfatne) baterije. Iako su sve baterije u ovoj kategoriji uglavnom slične tehničkim specifikacijama, litij-željezo-fosfatne baterije imaju svoje jedinstvene značajke koje ih razlikuju od ostalih baterija izrađenih korištenjem litij-ionske tehnologije.
Priča o otkriću litij-željezo-fosfatne baterije
Izumitelj LiFePO4 baterije je John Goodenough, koji je 1996. radio na Sveučilištu Texas na novom katodnom materijalu za litij-ionske baterije. Profesor je uspio stvoriti materijal koji je jeftiniji, ima manju toksičnost i visoku toplinsku stabilnost. Među nedostacima baterije, koja je koristila novu katodu, bio je manji kapacitet.
Nitko nije bio zainteresiran za izum Johna Goodenougha, ali je 2003. A 123 Systems odlučio razviti ovu tehnologiju, smatrajući je prilično obećavajućom. Mnoge velike korporacije postale su ulagači u ovu tehnologiju - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
Karakteristike LiFePO4 baterija
Napon ferofosfatne baterije je isti kao i napon drugih baterija litij-ionske tehnologije. Nazivni napon ovisi o dimenzijama baterije (veličina, oblik). Za baterije 18 650 ovo je 3,7 volti, za 10 440 (mali prsti) - 3,2, za 24 330 - 3,6.
Za gotovo sve baterije, napon postupno pada tijekom pražnjenja. Jedna od jedinstvenih karakteristika je stabilnost napona pri radu s LiFePO4 baterijama. Baterije izrađene pomoću tehnologije nikla (nikl-kadmij, nikl-metal hidrid) imaju slične naponske karakteristike.
Ovisno o veličini, litij-željezo-fosfatna baterija može isporučiti između 3,0 i 3,2 volta dok se potpuno ne isprazni. Ovo svojstvo daje više prednosti ovim baterijama kada se koriste u strujnim krugovima, jer praktički eliminira potrebu za regulacijom napona.
Napon punog pražnjenja je 2,0 volta, najniža zabilježena granica pražnjenja bilo koje baterije s litijskom tehnologijom. Ove baterije su lideri uvijek trajanja, što je ekvivalentno 2000 ciklusa za punjenje i pražnjenje. Zbog sigurnosti njihove kemijske strukture, LiFePO4 baterije se mogu puniti posebnom ubrzanom delta V metodom kada se na bateriju dovede velika struja.
Mnoge baterije ne mogu izdržati ovu metodu punjenja, zbog čega se pregrijavaju i propadaju. U slučaju litij-željezo-fosfatnih baterija korištenje ove metode ne samo da je moguće, već se čak i preporučuje. Stoga postoje posebni punjači posebno za punjenje takvih baterija. Naravno, takvi se punjači ne mogu koristiti na baterijama s drugom kemijom. Ovisno o obliku, litij-željezo-fosfatne baterije na ovim punjačima mogu se potpuno napuniti za 15-30 minuta.
Nedavni razvoji u području LiFePO4 baterija nude korisniku baterije s poboljšanim rasponom radne temperature. Ako je standardni radni raspon za litij-ionske baterije -20 do +20 stupnjeva Celzija, tada litij-željezo-fosfatne baterije mogu savršeno raditi u rasponu od -30 do +55. Punjenje ili pražnjenje baterije na temperaturama iznad ili ispod opisanih ozbiljno će oštetiti bateriju.
Litij-željezo-fosfatne baterije su mnogo manje pogođene efektom starenja od ostalih litij-ionskih baterija. Starenje je prirodni gubitak kapaciteta tijekom vremena, koji je neovisan o tome koristi li se baterija ilinalazi se na polici. Za usporedbu, sve litij-ionske baterije gube oko 10% kapaciteta svake godine. Litij željezo fosfat gubi samo 1,5%.
Nedostatak ovih baterija je manji kapacitet, koji je 14% manji (ili tako nešto) od ostalih litij-ionskih baterija.
Sigurnost ferofosfatnih baterija
Ova vrsta baterija se smatra jednom od najsigurnijih među svim postojećim vrstama baterija. LiFePO4 litij-fosfatne baterije imaju vrlo stabilnu kemiju i sposobne su dobro izdržati teška opterećenja pri pražnjenju (u radu s malim otporom) i punjenju (prilikom punjenja baterije velikom strujom).
Zbog činjenice da su fosfati kemijski sigurni, ove je baterije lakše zbrinuti nakon što razrade svoj resurs. Mnoge baterije s opasnom kemijom (kao što je litij-kob alt) moraju proći dodatne procese recikliranja kako bi se uklonila opasnost po okoliš.
Punjenje litij-željezo-fosfatnih baterija
Jedan od razloga komercijalnog interesa investitora za ferofosfatnu kemiju bila je mogućnost brzog punjenja, što je rezultat njegove stabilnosti. Odmah nakon organizacije puštanja LiFePO4 baterija na pokretnu traku pozicionirane su kao baterije koje se mogu brzo puniti.
U tu svrhu proizvedeni su posebni punjači. Kao što je već spomenuto, takvi se punjači ne mogu koristiti na drugim baterijama, jer će to uzrokovati njihovo pregrijavanje i uvelike oštetitinjih.
Poseban punjač za ove baterije može ih napuniti za 12-15 minuta. Ferofosfatne baterije mogu se puniti i konvencionalnim punjačima. Postoje i kombinirane opcije punjača s oba načina punjenja. Najbolja opcija, naravno, bila bi korištenje pametnih punjača s mnogo opcija za kontrolu procesa punjenja.
Uređaj litij-željezo-fosfatne baterije
Litij-željezo-fosfatna LiFePO4 baterija nema posebnih značajki u unutarnjoj strukturi u usporedbi sa svojim kolegama u kemijskoj tehnologiji. Samo je jedan element doživio promjenu - katoda od željeznog fosfata. Materijal anode je litij (sve litij-ionske baterije imaju litijsku anodu).
Rad bilo koje baterije temelji se na reverzibilnosti kemijske reakcije. Inače, procesi koji se odvijaju unutar baterije nazivaju se procesi oksidacije i redukcije. Svaka baterija se sastoji od elektroda - katode (minus) i anode (plus). Također, unutar svake baterije nalazi se separator - porozni materijal impregniran posebnom tekućinom - elektrolitom.
Kada se baterija isprazni, litijevi ioni kreću se kroz separator od katode do anode, dajući akumulirani naboj (oksidacija). Kada se baterija napuni, litijevi ioni kreću se u suprotnom smjeru od anode do katode, akumulirajući naboj (oporavak).
Vrste litij-željezo-fosfatnih baterija
Sve vrste baterija u ovoj kemiji mogu se podijeliti u četiri kategorije:
- ZavršenoBaterija.
- Velike ćelije u obliku paralelepipeda.
- Male ćelije u obliku paralelepipeda (prizme - LiFePO4 baterije na 3,2 V).
- Smale kovanice (pakovanja).
- Cilindrične baterije.
Litij-željezo-fosfatne baterije i ćelije mogu imati različite nazivne napone od 12 do 60 volti. One nadmašuju tradicionalne olovne baterije na mnogo načina: vrijeme ciklusa je puno veće, težina je nekoliko puta manja i pune se nekoliko puta brže.
Cilindrične baterije u ovoj kemiji koriste se i zasebno i u lancu. Dimenzije ovih cilindričnih baterija su vrlo različite: od 14.500 (tip prsta) do 32.650.
Litij-željezo-fosfatne baterije
Ferofosfatne baterije za bicikle i električne bicikle zaslužuju posebnu pažnju. Izumom nove željezno-fosfatne katode, uz druge vrste baterija baziranih na ovoj kemiji, izašle su posebne baterije koje se zbog svojih poboljšanih karakteristika i manje težine mogu praktično koristiti i na običnim biciklima. Takve su baterije odmah stekle popularnost među ljubiteljima nadogradnje svojih bicikala.
Litij-željezo-fosfatne baterije mogu osigurati nekoliko sati bezbrižne vožnje biciklom, što je dostojna konkurencija motorima s unutarnjim izgaranjem, koji su također često bili ugrađeni na bicikle u prošlosti. Obično za podatkenamjene koriste se 48v LiFePO4 baterije, ali je moguće kupiti baterije za 25, 36 i 60 volti.
Primjena ferofosfatnih baterija
Uloga baterija u ovoj kemiji je jasna bez komentara. Prizme se koriste za različite namjene - LiFePO4 3, 2 V baterije. Veće ćelije se koriste kao elementi tampon sustava za solarnu energiju i vjetroturbine. Ferofosfatne baterije se aktivno koriste u konstrukciji električnih vozila.
Male ravne baterije koriste se za telefone, prijenosna računala i tablet računala. Cilindrične baterije različitih oblika koriste se za airsoft puške, elektronske cigarete, radio-kontrolirane modele, itd.
