Tegenwoordig zijn er een groot aantal batterijen met verschillende soorten chemie. De meest populaire batterijen van tegenwoordig zijn lithium-ion. Deze groep omvat ook lithium-ijzerfosfaat (ferrofosfaat) batterijen. Hoewel alle batterijen in deze categorie in grote lijnen vergelijkbaar zijn in technische specificaties, hebben lithium-ijzerfosfaatbatterijen hun eigen unieke kenmerken die ze onderscheiden van andere batterijen die zijn gemaakt met behulp van lithium-iontechnologie.
Het verhaal van de ontdekking van de lithium-ijzerfosfaatbatterij
De uitvinder van de LiFePO4-batterij is John Goodenough, die in 1996 aan de Universiteit van Texas werkte aan een nieuw kathodemateriaal voor lithium-ionbatterijen. De professor slaagde erin een materiaal te maken dat goedkoper is, minder toxisch is en een hoge thermische stabiliteit heeft. Een van de tekortkomingen van de batterij, die de nieuwe kathode gebruikte, was een lagere capaciteit.
Niemand was geïnteresseerd in de uitvinding van John Goodenough, maar in 2003 besloot A 123 Systems om deze technologie te ontwikkelen, omdat het veelbelovend was. Veel grote bedrijven zijn investeerders in deze technologie geworden - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
Kenmerken van LiFePO4-batterijen
De spanning van de ferrofosfaatbatterij is hetzelfde als die van andere lithium-iontechnologiebatterijen. De nominale spanning is afhankelijk van de afmetingen van de batterij (grootte, vormfactor). Voor batterijen 18 650 is dit 3,7 volt, voor 10 440 (kleine vingers) - 3,2, voor 24 330 - 3.6.
Bij bijna alle accu's da alt de spanning geleidelijk tijdens het ontladen. Een van de unieke eigenschappen is de spanningsstabiliteit bij het werken met LiFePO4-batterijen. Batterijen die zijn gemaakt met behulp van nikkeltechnologie (nikkel-cadmium, nikkel-metaalhydride) hebben soortgelijke spanningskenmerken.
Afhankelijk van de grootte kan een lithium-ijzerfosfaatbatterij tussen 3,0 en 3,2 volt leveren totdat deze volledig is ontladen. Deze eigenschap geeft deze batterijen meer voordelen bij gebruik in circuits, omdat spanningsregeling praktisch niet meer nodig is.
Volledige ontlaadspanning is 2,0 volt, de laagste geregistreerde ontlaadlimiet van alle lithiumtechnologiebatterijen. Deze batterijen zijn toonaangevend op het gebied vanlevensduur, wat overeenkomt met 2000 cycli voor laden en ontladen. Vanwege de veiligheid van hun chemische structuur kunnen LiFePO4-batterijen worden opgeladen met behulp van een speciale versnelde delta V-methode wanneer een grote stroom op de batterij wordt toegepast.
Veel batterijen zijn niet bestand tegen deze manier van opladen, waardoor ze oververhit raken en verslechteren. In het geval van lithium-ijzerfosfaatbatterijen is het gebruik van deze methode niet alleen mogelijk, maar zelfs aanbevolen. Daarom zijn er speciale opladers speciaal voor het opladen van dergelijke batterijen. Dergelijke opladers kunnen natuurlijk niet worden gebruikt op batterijen met een andere chemie. Afhankelijk van de vormfactor kunnen lithium-ijzerfosfaatbatterijen op deze opladers in 15-30 minuten volledig worden opgeladen.
Recente ontwikkelingen op het gebied van LiFePO4-batterijen bieden de gebruiker batterijen met een verbeterd bedrijfstemperatuurbereik. Als het standaard werkbereik voor lithium-ionbatterijen -20 tot +20 graden Celsius is, kunnen lithium-ijzerfosfaatbatterijen perfect werken in het bereik van -30 tot +55. Het opladen of ontladen van een batterij bij temperaturen boven of onder de beschreven temperaturen zal de batterij ernstig beschadigen.
Lithium-ijzerfosfaatbatterijen hebben veel minder last van het verouderingseffect dan andere lithium-ionbatterijen. Veroudering is het natuurlijke capaciteitsverlies in de loop van de tijd, ongeacht of een batterij wordt gebruikt ofstaat op de plank. Ter vergelijking: alle lithium-ionbatterijen verliezen elk jaar ongeveer 10% aan capaciteit. Lithiumijzerfosfaat verliest slechts 1,5%.
Het nadeel van deze batterijen is de lagere capaciteit, die 14% minder (of zo) is dan andere lithium-ionbatterijen.
Ferrofosfaat batterij veiligheid
Dit type batterijen wordt beschouwd als een van de veiligste van alle bestaande soorten batterijen. LiFePO4-lithiumfosfaatbatterijen hebben een zeer stabiele chemie en zijn goed bestand tegen zware belastingen bij ontlading (bij werking met lage weerstand) en opladen (bij opladen van de batterij met hoge stromen).
Vanwege het feit dat fosfaten chemisch veilig zijn, zijn deze batterijen gemakkelijker weg te gooien nadat ze hun hulpbron hebben uitgeput. Veel batterijen met een gevaarlijke chemische samenstelling (zoals lithium-kob alt) moeten aanvullende recyclingprocessen ondergaan om hun gevaar voor het milieu te elimineren.
Lithium-ijzerfosfaatbatterijen opladen
Een van de redenen voor de commerciële interesse van investeerders in ferrofosfaatchemie was het vermogen om snel op te laden, als gevolg van de stabiliteit. Onmiddellijk na de organisatie van de transportbandrelease van LiFePO4-batterijen, werden ze gepositioneerd als batterijen die snel kunnen worden opgeladen.
Voor dit doel zijn speciale opladers gemaakt. Zoals hierboven al vermeld, kunnen dergelijke opladers niet op andere batterijen worden gebruikt, omdat ze hierdoor oververhit raken en grote schade aanrichtenhen.
Een speciale oplader voor deze batterijen kan ze in 12-15 minuten opladen. Ferrofosfaatbatterijen kunnen ook worden opgeladen met conventionele laders. Er zijn ook gecombineerde oplaadopties met beide oplaadmodi. De beste optie zou natuurlijk zijn om slimme opladers te gebruiken met veel opties om het laadproces te regelen.
Lithium ijzerfosfaat batterij apparaat
De lithium-ijzer-fosfaat LiFePO4-batterij heeft geen speciale kenmerken in de interne structuur in vergelijking met zijn tegenhangers in de chemische technologie. Slechts één element heeft een verandering ondergaan: een kathode gemaakt van ijzerfosfaat. Het anodemateriaal is lithium (alle lithium-ionbatterijen hebben een lithiumanode).
De werking van een batterij is gebaseerd op de omkeerbaarheid van een chemische reactie. Anders worden de processen die in de batterij plaatsvinden oxidatie- en reductieprocessen genoemd. Elke batterij bestaat uit elektroden - een kathode (min) en een anode (plus). Ook bevindt zich in elke batterij een separator - een poreus materiaal geïmpregneerd met een speciale vloeistof - een elektrolyt.
Wanneer de batterij leeg is, bewegen lithiumionen door de separator van de kathode naar de anode, waarbij de opgehoopte lading (oxidatie) wordt afgegeven. Wanneer een batterij wordt opgeladen, bewegen lithiumionen in de tegenovergestelde richting van de anode naar de kathode, waardoor lading wordt geaccumuleerd (herstel).
Soorten lithium-ijzerfosfaatbatterijen
Alle soorten batterijen in deze chemie kunnen worden onderverdeeld in vier categorieën:
- VoltooidBatterij.
- Grote cellen in de vorm van parallellepipedums.
- Kleine cellen in de vorm van parallellepipedums (prisma's - LiFePO4-batterijen bij 3,2 V).
- Kleine muntcellen (packs).
- Cylindrische batterijen.
Lithium-ijzerfosfaatbatterijen en -cellen kunnen verschillende nominale spanningen hebben van 12 tot 60 volt. Ze presteren in veel opzichten beter dan traditionele loodzuuraccu's: de cyclustijd is veel langer, het gewicht is meerdere keren lager en ze worden meerdere keren sneller opgeladen.
Cilindrische batterijen in deze chemie worden zowel afzonderlijk als in een ketting gebruikt. De afmetingen van deze cilindrische batterijen zijn heel verschillend: van 14.500 (vingertype) tot 32.650.
Lithium-ijzerfosfaatbatterijen
Ferrofosfaatbatterijen voor fietsen en elektrische fietsen verdienen speciale aandacht. Met de uitvinding van een nieuwe ijzerfosfaatkathode, samen met andere soorten batterijen op basis van deze chemie, kwamen er speciale batterijen uit, die vanwege hun verbeterde eigenschappen en lichtere gewicht zelfs op gewone fietsen gemakkelijk kunnen worden gebruikt. Dergelijke batterijen werden onmiddellijk populair bij fans van het upgraden van hun fietsen.
Lithium-ijzerfosfaatbatterijen kunnen zorgen voor meerdere uren zorgeloos fietsen, wat een waardige concurrentie is voor verbrandingsmotoren, die in het verleden ook vaak op fietsen werden geïnstalleerd. Meestal voor gegevensdoeleinden worden 48v LiFePO4-batterijen gebruikt, maar het is mogelijk om batterijen aan te schaffen voor 25, 36 en 60 volt.
Toepassing van ferrofosfaatbatterijen
De rol van batterijen in deze chemie is duidelijk zonder commentaar. Prisma's worden voor verschillende doeleinden gebruikt - LiFePO4 3, 2 v-batterijen. Grotere cellen worden gebruikt als elementen van buffersystemen voor zonne-energie en windturbines. Ferrofosfaatbatterijen worden actief gebruikt bij de constructie van elektrische voertuigen.
Kleine lege batterijen worden gebruikt voor telefoons, laptops en tablet-pc's. Cilindrische batterijen van verschillende vormfactoren worden gebruikt voor airsoft-geweren, elektronische sigaretten, radiografisch bestuurbare modellen, enz.
