V dnešní době existuje velké množství baterií s různými typy chemie. Nejoblíbenější baterie jsou dnes lithium-iontové. Do této skupiny patří také lithium-železo-fosfátové (ferofosfátové) baterie. Zatímco všechny baterie v této kategorii jsou z hlediska technických specifikací do značné míry podobné, lithium-železofosfátové baterie mají své vlastní jedinečné vlastnosti, které je odlišují od ostatních baterií vyrobených pomocí lithium-iontové technologie.
Příběh objevu lithium-železo-fosfátové baterie
Vynálezcem LiFePO4 baterie je John Goodenough, který v roce 1996 pracoval na Texaské univerzitě na novém katodovém materiálu pro lithium-iontové baterie. Profesorovi se podařilo vytvořit materiál, který je levnější, má menší toxicitu a vysokou tepelnou stabilitu. Mezi nedostatky baterie, která používala novou katodu, byla nižší kapacita.
Nikdo se nezajímal o vynález Johna Goodenougha, ale v roce 2003 se společnost A 123 Systems rozhodla tuto technologii vyvinout a považovala ji za docela slibnou. Mnoho velkých korporací se stalo investory této technologie – Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
Charakteristiky LiFePO4 baterií
Napětí ferofosfátové baterie je stejné jako u jiných lithium-iontových baterií. Jmenovité napětí závisí na rozměrech baterie (velikost, tvarový faktor). Pro baterie 18 650 je to 3,7 voltu, pro 10 440 (malé prsty) - 3,2, pro 24 330 - 3,6.
U téměř všech baterií napětí během vybíjení postupně klesá. Jednou z unikátních vlastností je stabilita napětí při práci s LiFePO4 bateriemi. Baterie vyrobené pomocí technologie niklu (nikl-kadmium, nikl-metal hydrid) mají napěťové charakteristiky podobné těmto.
V závislosti na velikosti může lithium-železofosfátová baterie dodávat napětí mezi 3,0 a 3,2 volty až do úplného vybití. Tato vlastnost dává těmto bateriím více výhod při použití v obvodech, protože prakticky eliminuje potřebu regulace napětí.
Napětí při plném vybití je 2,0 V, což je nejnižší zaznamenaný limit vybití ze všech baterií lithiové technologie. Tyto baterie jsou lídry vživotnost, která odpovídá 2000 cyklům nabití a vybití. Vzhledem k bezpečnosti jejich chemické struktury lze baterie LiFePO4 nabíjet pomocí speciální zrychlené metody delta V, když je do baterie přiváděn velký proud.
Mnoho baterií tento způsob nabíjení nevydrží, což způsobuje jejich přehřívání a znehodnocování. V případě lithium-železo-fosfátových baterií je použití této metody nejen možné, ale dokonce doporučené. Proto existují speciální nabíječky speciálně pro nabíjení takových baterií. Takové nabíječky samozřejmě nelze použít na baterie s jinou chemií. Lithium-železofosfátové baterie na těchto nabíječkách lze v závislosti na tvarovém faktoru plně nabít za 15–30 minut.
Nedávný vývoj v oblasti baterií LiFePO4 nabízí uživatelům baterie s vylepšeným rozsahem provozních teplot. Pokud je standardní provozní rozsah pro lithium-iontové baterie -20 až +20 stupňů Celsia, mohou lithium-železofosfátové baterie fungovat perfektně v rozsahu -30 až +55. Nabíjení nebo vybíjení baterie při teplotách nad nebo pod popsanými teplotami vážně poškodí baterii.
Lithium-železofosfátové baterie jsou mnohem méně ovlivněny efektem stárnutí než jiné lithium-iontové baterie. Stárnutí je přirozená ztráta kapacity v průběhu času, která je nezávislá na tom, zda je baterie používána respje na poličce. Pro srovnání, všechny lithium-iontové baterie ztrácejí každý rok přibližně 10 % kapacity. Fosforečnan lithný ztrácí pouze 1,5 %.
Nevýhodou těchto baterií je nižší kapacita, která je o 14 % nižší (asi tak) než u jiných lithium-iontových baterií.
Bezpečnost ferofosfátových baterií
Tento typ baterií je považován za jeden z nejbezpečnějších ze všech existujících typů baterií. LiFePO4 Lithium Phosphate baterie mají velmi stabilní chemii a jsou schopny dobře odolávat velké zátěži při vybíjení (při provozu s nízkým odporem) a nabíjení (při nabíjení baterie vysokými proudy).
Vzhledem k tomu, že fosfáty jsou chemicky bezpečné, lze tyto baterie snáze likvidovat poté, co vyčerpají své zdroje. Mnoho baterií s nebezpečnou chemií (jako je lithium-kob alt) musí podstoupit další recyklační procesy, aby se eliminovalo jejich nebezpečí pro životní prostředí.
Nabíjení lithium-železo-fosfátových baterií
Jedním z důvodů komerčního zájmu investorů o ferofosfátovou chemii byla schopnost rychlého nabíjení, vyplývající z její stability. Okamžitě po organizaci uvolnění dopravníku LiFePO4 baterií byly umístěny jako baterie, které lze rychle nabíjet.
Pro tento účel byly vyrobeny speciální nabíječky. Jak již bylo zmíněno výše, takové nabíječky nelze použít na jiné baterie, protože to způsobí jejich přehřátí a velké poškozeníje.
Speciální nabíječka pro tyto baterie je dokáže nabít za 12–15 minut. Ferofosfátové baterie lze nabíjet i běžnými nabíječkami. K dispozici jsou také kombinované možnosti nabíječky s oběma režimy nabíjení. Nejlepší možností by samozřejmě bylo použít chytré nabíječky s mnoha možnostmi řízení procesu nabíjení.
Zařízení s lithium-železofosfátovou baterií
LiFePO4 baterie lithium-železo-fosfátová nemá žádné zvláštní vlastnosti ve vnitřní struktuře ve srovnání s jejími protějšky v chemické technologii. Změnou prošel pouze jeden prvek – katoda vyrobená z fosforečnanu železa. Materiál anody je lithium (všechny lithium-iontové baterie mají lithiovou anodu).
Fungování jakékoli baterie je založeno na vratnosti chemické reakce. Jinak se procesy probíhající uvnitř baterie nazývají oxidační a redukční procesy. Jakákoli baterie se skládá z elektrod - katody (mínus) a anody (plus). Uvnitř každé baterie je také separátor - porézní materiál napuštěný speciální kapalinou - elektrolytem.
Když je baterie vybitá, ionty lithia se pohybují přes separátor z katody k anodě a uvolňují nahromaděný náboj (oxidaci). Když je baterie nabitá, lithiové ionty se pohybují v opačném směru od anody ke katodě a akumulují náboj (obnovu).
Typy lithium-železo-fosfátových baterií
Všechny typy baterií na této chemii lze rozdělit do čtyř kategorií:
- DokončenoBaterie.
- Velké buňky ve tvaru kvádrů.
- Malé články ve formě rovnoběžnostěnů (hranoly - LiFePO4 baterie na 3,2 V).
- Malé mince (balíčky).
- Válcové baterie.
Lithium-železo-fosfátové baterie a články mohou mít různé jmenovité napětí od 12 do 60 voltů. V mnoha ohledech překonávají tradiční olověné baterie: doba cyklu je mnohem delší, hmotnost je několikrát nižší a dobíjí se několikrát rychleji.
Válcové baterie v této chemii se používají jak samostatně, tak v řetězu. Rozměry těchto válcových baterií se velmi liší: od 14 500 (prstový typ) do 32 650.
Lithium-železofosfátové baterie
Ferofosfátové baterie pro jízdní kola a elektrická kola si zaslouží zvláštní pozornost. S vynálezem nové železo-fosfátové katody spolu s dalšími typy baterií založených na této chemii přišly na svět speciální baterie, které se pro své vylepšené vlastnosti a nižší hmotnost dají pohodlně použít i na běžných jízdních kolech. Takové baterie si okamžitě získaly oblibu mezi fanoušky modernizace svých kol.
Lithium Iron Phosphate jsou schopny zajistit několik hodin bezstarostné jízdy na kole, což je důstojná konkurence pro spalovací motory, které se také v minulosti často montovaly na jízdní kola. Obvykle pro dataúčely se používají 48v LiFePO4 baterie, ale je možné dokoupit baterie pro 25, 36 a 60 voltů.
Použití ferofosfátových baterií
Role baterií v této chemii je jasná bez komentáře. Hranoly se používají pro různé účely - LiFePO4 3, 2v baterie. Větší články se používají jako prvky vyrovnávacích systémů pro solární energii a větrné turbíny. Ferofosfátové baterie se aktivně používají při konstrukci elektrických vozidel.
Malé ploché baterie se používají pro telefony, notebooky a tablety. Válcové baterie různých tvarů se používají pro airsoftové zbraně, elektronické cigarety, rádiem řízené modely atd.
