Μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου EEMB – η μισή χωρητικότητα είναι επαρκής. Χαρακτηριστικά μπαταριών Lifepo4 Φορτιστές και τρόπος φόρτισης LiFePo4

Τα σύγχρονα ηλεκτρονικά θέτουν ολοένα και υψηλές απαιτήσεις στην ισχύ και τη χωρητικότητα των πηγών ενέργειας. Ενώ οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου και νικελίου-υδριδίου μετάλλου πλησιάζουν τα θεωρητικά όριά τους, οι τεχνολογίες ιόντων λιθίου είναι μόλις στην αρχή

Οι μπαταρίες Li-Fe (φωσφορικό λίθιο) διακρίνονται όχι μόνο από την υψηλή χωρητικότητά τους, αλλά και από τη γρήγορη φόρτιση. Σε μόλις 15 λεπτά μπορείτε να φορτίσετε πλήρως την μπαταρία. Επιπλέον, τέτοιες μπαταρίες επιτρέπουν 10 φορές περισσότερους κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης από τα συμβατικά μοντέλα. Η ιδέα μιας μπαταρίας Li-Fe είναι να ενεργοποιεί την ανταλλαγή ιόντων λιθίου μεταξύ των ηλεκτροδίων. Με τη βοήθεια νανοσωματιδίων, ήταν δυνατό να αναπτυχθεί η επιφάνεια ανταλλαγής των ηλεκτροδίων και να επιτευχθεί μια πιο έντονη ροή ιόντων. Για να αποφευχθεί η υπερβολική θέρμανση και η πιθανή έκρηξη των ηλεκτροδίων, οι συγγραφείς της ανάπτυξης χρησιμοποίησαν λίθιο/φωσφορικό σίδηρο αντί για οξείδιο λιθίου/κοβαλτίου στις καθόδους. Η ανεπαρκής ηλεκτρική αγωγιμότητα του νέου υλικού αντισταθμίζεται με την εισαγωγή νανοσωματιδίων αλουμινίου, μαγγανίου ή τιτανίου.

Για να φορτίσετε τις μπαταρίες Li-Fe, πρέπει να χρησιμοποιήσετε έναν ειδικό φορτιστή με μια σήμανση που λέει ότι αυτός ο τύπος φορτιστή μπορεί να λειτουργήσει με μπαταρίες Li-Fe, διαφορετικά θα καταστρέψετε την μπαταρία!

Πλεονεκτήματα

• Ασφαλές, ανθεκτικό περίβλημα, σε αντίθεση με τα περιβλήματα μπαταριών Li-Po
• Εξαιρετικά γρήγορη φόρτιση (με ρεύμα 7Α, πλήρης φόρτιση σε 15 λεπτά!!!)
• Πολύ υψηλό ρεύμα εξόδου 60A - τρόπος λειτουργίας. 132A - βραχυπρόθεσμη λειτουργία (έως 10 δευτερόλεπτα)
• Αυτοεκφόρτιση 3% για 3 χρόνια
• Εργαστείτε στο κρύο (έως -30 βαθμούς C) χωρίς απώλεια ιδιοτήτων εργασίας
• Κύκλοι MTBF 1000 (τρεις φορές περισσότεροι από τις μπαταρίες νικελίου)

Ελαττώματα

• Απαιτεί ειδικό φορτιστή (δεν είναι συμβατός με φορτιστές LiPo)
• Βαρύτερο από το Li-Po
  

Λίγη ιστορία

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι δύο φορές μεγαλύτερες από τις αντίστοιχες NiMH σε χωρητικότητα και σχεδόν τρεις φορές υψηλότερες σε πυκνότητα ισχύος. Η ενεργειακή πυκνότητα του Li-ion είναι τρεις φορές μεγαλύτερη από αυτή του NiMH. Το Li-ion μπορεί να αντέξει πολύ υψηλά ρεύματα εκφόρτισης, τα οποία οι μπαταρίες NiMH δεν μπορούν να αντέξουν ούτε θεωρητικά. Τα NiMH είναι επίσης ακατάλληλα για ισχυρά φορητά όργανα, τα οποία χαρακτηρίζονται από υψηλά παλμικά φορτία, χρειάζονται πολύ χρόνο για να φορτιστούν και συνήθως «ζουν» όχι περισσότερο από 500 κύκλους. Η αποθήκευση NiMH είναι ένα άλλο σημαντικό ζήτημα. Αυτές οι μπαταρίες υποφέρουν από πολύ υψηλή αυτοεκφόρτιση - έως και 20% το μήνα, ενώ για το Li-ion αυτό το ποσοστό είναι μόνο 2-5%. Οι μπαταρίες NiMH υπόκεινται στο λεγόμενο φαινόμενο μνήμης, επίσης χαρακτηριστικό των μπαταριών NiCd.

Αλλά οι μπαταρίες Li-ion έχουν επίσης τα μειονεκτήματά τους. Είναι πολύ ακριβά και απαιτούν ένα πολύπλοκο πολυεπίπεδο ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου λόγω της τάσης τους για μη αναστρέψιμη υποβάθμιση εάν εκφορτιστούν πολύ βαθιά ή αυθόρμητη καύση υπό υψηλά φορτία. Το οφείλουν στο κύριο υλικό ηλεκτροδίων - το κοβαλτικό λίθιο (LiCoO2). Οι επιστήμονες αγωνίζονται εδώ και αρκετά χρόνια για να βρουν ένα υποκατάστατο για το κοβάλτιο. Υποψήφιοι για τη θέση του κύριου υλικού ηλεκτροδίων του μέλλοντος είναι διάφορες ενώσεις λιθίου - μαγγανικά, τιτανικά, κασσιτερικά, πυριτικά και άλλα. Αλλά το αδιαμφισβήτητο αγαπημένο σήμερα θεωρείται το σιδηροφωσφορικό λίθιο Li-Fe, που ελήφθη για πρώτη φορά το 1996 από τον καθηγητή John Goodenough από το Πανεπιστήμιο του Τέξας. Για πολύ καιρό, αυτό το θέμα μάζευε σκόνη στο ράφι, αφού το Li-Fe δεν ήταν τίποτα εξαιρετικό εκτός από το ότι ήταν φθηνό και οι δυνατότητές του παρέμεναν ανεξερεύνητες. Όλα άλλαξαν το 2003 με την εμφάνιση του A123 Systems.

Χαρακτηριστικά των μπαταριών Li-Fe

Όπως όλες οι μπαταρίες Li-Fe, έχει αρκετές βασικές ηλεκτρικές παραμέτρους:

Πλήρως φορτισμένη τάση κυψέλης:Για το Li-Fe είναι περίπου 3,65 V Λόγω των ιδιαιτεροτήτων αυτής της τεχνολογίας, αυτά τα στοιχεία δεν φοβούνται πολύ την υπερφόρτιση (τουλάχιστον δεν προκαλεί πυρκαγιά και έκρηξη όπως συμβαίνει με τα στοιχεία που βασίζονται σε ιόν λιθίου, κοβαλτικό λίθιο. pol) αν και κατασκευαστές Συνιστάται ιδιαίτερα να μην φορτίζετε πάνω από 3,9V και μόνο μερικές φορτίσεις έως 4,2V καθ' όλη τη διάρκεια ζωής του στοιχείου.

Πλήρως αποφορτισμένη τάση κυψέλης:Εδώ, οι συστάσεις των κατασκευαστών διαφέρουν κάπως. Αλλά σε κάθε περίπτωση, με βάση την πρακτική της λειτουργίας όλων των τύπων μπαταριών, έχει διαπιστωθεί ότι όσο μικρότερο είναι το βάθος εκφόρτισης, τόσο περισσότεροι κύκλοι μπορεί να επιβιώσει αυτή η μπαταρία και η ποσότητα ενέργειας που πέφτει στα τελευταία 0,5 V του η εκφόρτιση (για Li-Fe) είναι μόνο μερικά τοις εκατό της χωρητικότητάς του.

Ενδιάμεση τάση:Για στοιχεία αυτής της τεχνολογίας, διαφορετικοί κατασκευαστές ποικίλλουν (υποστηρίζονται) από 3,2V έως 3,3V. Η τάση μεσαίου σημείου είναι μια τάση που υπολογίζεται με βάση την καμπύλη εκφόρτισης και προορίζεται για τον υπολογισμό της συνολικής χωρητικότητας της μπαταρίας, η οποία εκφράζεται σε Wh (βατώρες). Για παράδειγμα, έχετε ένα στοιχείο με χωρητικότητα 1,1Ah και τάση το μεσαίο σημείο είναι 3,3V, τότε η συνολική χωρητικότητά του είναι 3,3*1,1=3,65Wh. (Πολλοί άνθρωποι συχνά συγχέουν την τάση μεσαίου σημείου με την πλήρως φορτισμένη τάση κυψέλης.)

Από αυτή την άποψη, θα ήθελα να επιστήσω την προσοχή στα χαρακτηριστικά απόδοσης των μπαταριών, ή πιο συγκεκριμένα στην τάση μεσαίου σημείου των μπαταριών Li-Fe 36V και 48V. Έτσι, οι τάσεις των 36V και 48V υποδεικνύονται υπό όρους σε σχέση με την μπαταρία μολύβδου-οξέος, η οποία είναι πιο γνωστή σε πολλούς, ή ακριβέστερα με την τάση του μεσαίου σημείου των 3 ή 4 μπαταριών μολύβδου-οξέος 12 V που συνδέονται σε σειρά. Μια μπαταρία Li-Fe 36V έχει 12 στοιχεία (στοιχεία) συνδεδεμένα σε σειρά, που είναι 3,2*12=38,4V (για μπαταρία 48V 3,2*16=51,2V) που είναι ελαφρώς υψηλότερο από το μέσο όρο των μπαταριών μολύβδου-οξέος, δηλαδή με ίσες χωρητικότητες (σε Ah) Η μπαταρία Li-Fe έχει μεγαλύτερη συνολική χωρητικότητα από μια μπαταρία μολύβδου-οξέος.

Αυτή τη στιγμή, η κύρια παραγωγική βάση για την παραγωγή κυψελών Li-Fe είναι η Κίνα. Υπάρχουν εργοστάσια τόσο γνωστών εταιρειών (A123System, BMI) όσο και εργοστάσια άγνωστων εταιρειών. Πολλοί πωλητές έτοιμων μπαταριών (που τις πωλούν στο λιανικό εμπόριο) ισχυρίζονται ότι είναι και οι ίδιοι κατασκευαστές των κυψελών, κάτι που αποδεικνύεται αναληθές. Οι μεγάλοι κατασκευαστές στοιχείων που παράγουν εκατομμύρια τεμάχια ετησίως δεν ενδιαφέρονται να συνεργαστούν με πελάτες λιανικής και απλώς αγνοούν ερωτήσεις σχετικά με την πώληση δεκάδων τεμαχίων στοιχείων ή προσφέρουν να κάνουν αγορές σε όγκους πολλών χιλιάδων τεμαχίων. Υπάρχουν επίσης μικρές επιχειρήσεις όπου παράγονται ημι-χειροτεχνικά στοιχεία σε μικρές παρτίδες, αλλά η ποιότητα αυτών των στοιχείων είναι εξαιρετικά χαμηλή, ο λόγος για αυτό είναι η έλλειψη υλικών υψηλής ποιότητας, εξοπλισμού και χαμηλής τεχνολογικής πειθαρχίας. Τέτοια στοιχεία έχουν πολύ μεγάλη διακύμανση στη χωρητικότητα και την εσωτερική αντίσταση ακόμη και σε μία παρτίδα. Επίσης στην αγορά για τη συναρμολόγηση έτοιμων μπαταριών υπάρχουν κυψέλες που παράγονται από μεγάλους κατασκευαστές, αλλά λόγω του γεγονότος ότι δεν έχουν απορριφθεί σύμφωνα με ορισμένες παραμέτρους (χωρητικότητα, εσωτερική αντίσταση, πτώση τάσης κατά την αποθήκευση), δεν φτάνουν στην αγορά και πρέπει να ανακυκλωθούν. Αυτά τα στοιχεία αποτελούν τη βάση για τη συναρμολόγηση μπαταριών από μικρές βιοτεχνικές επιχειρήσεις. Η κύρια διαφορά μεταξύ τέτοιων στοιχείων και στοιχείων τυπικής ποιότητας που παράγονται από μεγάλους κατασκευαστές είναι έλλειψη σημάνσεων σε κάθε στοιχείο. Η σήμανση εφαρμόζεται στον κατασκευαστή κατά τη διάρκεια των τελικών δοκιμών και χρησιμεύει ως αναγνωριστικό του κατασκευαστή, ημερομηνία και αλλαγή κατασκευής. Αυτές οι πληροφορίες είναι απαραίτητες για τους μεγάλους κατασκευαστές να παρακολουθούν περαιτέρω την ποιότητα των στοιχείων κατά τη λειτουργία και σε περίπτωση παραπόνων, να μπορούν να βρουν την αιτία του προβλήματος. Όπως καταλαβαίνετε και εσείς, για όσους παράγουν στοιχεία σε βιοτεχνικές συνθήκες, δεν έχει νόημα μια τέτοια επέμβαση.
Χρησιμοποιώντας αυτούς τους συνδέσμους, μπορείτε να δείτε δοκιμές των πιο διάσημων κατασκευαστών στοιχείων:

• http://www.zeva.com.au/tech/LiFePO4.php

Παρεμπιπτόντως, αυτό που είναι ενδιαφέρον είναι ότι με βάση τα αποτελέσματα των ελέγχων, σχεδόν όλοι οι κατασκευαστές ισχυρίζονται χωρητικότητα μεγαλύτερη από αυτή που είναι διαθέσιμη (η μόνη εξαίρεση είναι το σύστημα A123) και η Huanyu είναι γενικά κατά ένα τέταρτο χαμηλότερη από τη δηλωθείσα.

Απροσδόκητη ανακάλυψη

Η A123 Systems είναι μια ασυνήθιστη εταιρεία. Στις συνομιλίες, οι υπάλληλοί του, από απλούς μηχανικούς μέχρι τον πρόεδρο, επαναλαμβάνουν συχνά μια φράση που δεν ακούτε συχνά αυτές τις μέρες: «Είμαστε μόνο στην αρχή του δρόμου. Έχοντας περπατήσει μέχρι το τέλος, θα αλλάξουμε τον κόσμο!». Η ιστορία των συστημάτων A123 ξεκίνησε στα τέλη του 2000 στο εργαστήριο του καθηγητή Yet Min Chang από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT). Ο Chang, ο οποίος εργαζόταν στην τεχνολογία Li-ion για μεγάλο χρονικό διάστημα, ανακάλυψε ένα εκπληκτικό φαινόμενο σχεδόν τυχαία. Με κάποιο αντίκτυπο στο κολλοειδές διάλυμα των υλικών ηλεκτροδίων, η δομή της μπαταρίας άρχισε να αναπαράγεται μόνη της! Οι δυνάμεις έλξης και απώθησης εξαρτήθηκαν από πολλούς παράγοντες - το μέγεθος, το σχήμα και τον αριθμό των ίδιων των σωματιδίων, τις ιδιότητες του ηλεκτρολύτη, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και τη θερμοκρασία. Ο Chang διεξήγαγε λεπτομερείς μελέτες των φυσικοχημικών ιδιοτήτων των νανοϋλικών ηλεκτροδίων και προσδιόρισε τις βασικές παραμέτρους για την έναρξη της διαδικασίας της αυθόρμητης αυτοοργάνωσης. Οι μπαταρίες που προέκυψαν είχαν ειδική χωρητικότητα που ήταν κατά ένα τρίτο υψηλότερη από αυτή των συμβατικών μπαταριών κοβαλτικού λιθίου και μπορούσαν να αντέξουν εκατοντάδες κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης. Η μικροδομή των ηλεκτροδίων, που δημιουργήθηκε φυσικά, κατέστησε δυνατή την αύξηση της συνολικής ενεργού επιφάνειας κατά τάξη μεγέθους και την επιτάχυνση της ανταλλαγής ιόντων, η οποία με τη σειρά της αύξησε τη χωρητικότητα και την απόδοση της μπαταρίας.

Η αυτοοργάνωση σύμφωνα με τη μέθοδο του Chang είναι η εξής: ένα μείγμα οξειδίου του κοβαλτίου και νανοσωματιδίων γραφίτη τοποθετείται στο σώμα της μελλοντικής μπαταρίας, προστίθεται ηλεκτρολύτης και δημιουργούνται οι απαραίτητες εξωτερικές συνθήκες - θερμοκρασία, ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και πίεση. Τα σωματίδια οξειδίου του κοβαλτίου έλκονται μεταξύ τους, αλλά απωθούν τα σωματίδια γραφίτη. Η διαδικασία συνεχίζεται έως ότου οι δυνάμεις έλξης και απώθησης φτάσουν σε ισορροπία. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα ζεύγος ανόδου-καθόδου, το οποίο διαχωρίζεται πλήρως από μια ενδιάμεση φάση - ηλεκτρολύτη. Λόγω του ίδιου μεγέθους των νανοσωματιδίων, ο Chang κατάφερε να δημιουργήσει δείγματα μπαταριών με καθορισμένες παραμέτρους χωρητικότητας και απόδοσης σε εργαστηριακές συνθήκες. Η περαιτέρω μελέτη αυτού του φαινομένου και η ανάπτυξη της τεχνολογίας παραγωγής που βασίζεται σε αυτό υποσχέθηκε φανταστικές προοπτικές. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του Chang, η χωρητικότητα της μπαταρίας θα μπορούσε να διπλασιαστεί σε σύγκριση με τα υπάρχοντα ανάλογα και το κόστος θα μπορούσε να μειωθεί στο μισό. Η μέθοδος αυτο-οργάνωσης κατέστησε δυνατή τη δημιουργία μπαταριών οποιουδήποτε σχήματος μικρότερου από μια κεφαλή σπίρτου, συμπεριλαμβανομένων απευθείας μέσα στους ίδιους τους σημερινούς καταναλωτές.

Μπείτε σε μεγάλες επιχειρήσεις

Εκείνη την εποχή, ο ηλεκτροχημικός μηχανικός Bart Riley εργαζόταν στην American Semiconductor, η οποία παρήγαγε ένα ευρύ φάσμα ημιαγωγών. Είχε μακροχρόνια γνωριμία και κοινά επιστημονικά ενδιαφέροντα με τον Τσανγκ. Όταν ο Chang είπε στον Riley για την απροσδόκητη ανακάλυψή του, η ιδέα της δημιουργίας μιας επιχείρησης βασισμένης στο φαινόμενο της αυτοοργάνωσης γεννήθηκε σχεδόν αμέσως. Κανείς όμως από τους δύο δεν είχε ιδέα πώς δημιουργούνται οι εταιρείες. Ο τρίτος ιδρυτής της A123 Systems ήταν ο Rick Fulap, ένας επιχειρηματίας που ξέρει πώς να μετατρέπει τις καλές ιδέες σε μεγάλα χρήματα. Μέχρι την ηλικία των 26 ετών, ο Fulap είχε ήδη δημιουργήσει πέντε εταιρείες από την αρχή και τις είχε προωθήσει σε μεγάλες επιχειρήσεις. Μια μέρα, σε ένα επιστημονικό περιοδικό του MIT, ο Fulap συνάντησε ένα άρθρο του καθηγητή Chang σχετικά με την τεχνολογία ιόντων λιθίου. Μη καταλαβαίνοντας τίποτα από όσα διάβαζε, ο Ρικ κάλεσε τον αριθμό τηλεφώνου του καθηγητή. Σε απάντηση σε μια πρόταση να πάει στην επιχείρηση νανοϊνών άνθρακα, ο Chang απάντησε ότι είχε καλύτερη ιδέα και ο Fulap δεν μπορούσε να κοιμηθεί μέχρι το πρωί.

Πρώτα απ 'όλα, οι συνεργάτες μπόρεσαν να λάβουν άδεια από το MIT για τη βιομηχανική χρήση της τεχνικής αυτο-οργάνωσης μπαταριών και να αγοράσουν τα δικαιώματα για το υλικό καθόδου που αποκτήθηκε στο εργαστήριο του Chang - φωσφορικό λίθιο. Δεν είχε καμία σχέση με το φαινόμενο της αυτοοργάνωσης, αλλά ο Φούλαπ αποφάσισε ότι τα δικαιώματα στο Li-Fe δεν θα έβλαπταν. Μην αφήσετε την καλοσύνη να πάει χαμένη! Επιπλέον, ο Chang έλαβε ειδική επιχορήγηση για να συνεχίσει την έρευνα για το Li-Fe. Τον Σεπτέμβριο του 2001, ο Rick Fulap περιπλανιόταν ήδη στα venture funds αναζητώντας κεφάλαια. Κατάφερε να δημιουργήσει ανταγωνισμό μεταξύ των επενδυτών, τροφοδοτώντας τον με όλο και περισσότερα δημοσιεύματα του Τύπου σχετικά με τις φανταστικές προοπτικές της αγοράς των μπαταριών Li-ion.

Ήδη τον Δεκέμβριο του 2001, τα πρώτα 8 εκατομμύρια δολάρια πιστώθηκαν στους λογαριασμούς της εταιρείας Τέσσερις μήνες μετά την έναρξη των εργασιών για το έργο, τον Απρίλιο του 2002, οι ηγέτες της αγοράς ηλεκτρονικών κινητών συσκευών Motorola και Qualcomm μπήκαν στην επιχείρηση, βλέποντας τεράστιες δυνατότητες στη νέα τεχνολογία. Ο Bart Riley θυμάται με ένα χαμόγελο πώς ο Fulap πήδηξε στον Paul Jacobs, αντιπρόεδρο της Qualcomm, σε ένα συνέδριο. Μέσα σε ένα λεπτό, κρατώντας σχεδόν τον Τζέικομπς από το πέτο του σακακιού του, ο Ρικ μπόρεσε να εξηγήσει ξεκάθαρα στον Τζέικομπ τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας Α123 έναντι των ανταγωνιστών της και λίγα δευτερόλεπτα αργότερα έθεσε το ερώτημα ωμά - επενδύστε σήμερα, αύριο θα είναι πολύ αργά! Και μετά από μερικές μέρες, ο Τζέικομπς πήρε τη σωστή απόφαση. Σύντομα, στους επενδυτές του A123 περιλαμβάνονταν: η διάσημη εταιρεία Sequoia Capital, της οποίας τα χρήματα δημιούργησαν κάποτε την Google και τη Yahoo, την General Electric, την Procter & Gamble και πολλές άλλες μεγάλες εταιρείες.

Αποθεματικό αλεξίπτωτο

Στις αρχές του 2003, οι εργασίες είχαν σταματήσει. Αποδείχθηκε ότι η πολλά υποσχόμενη τεχνολογία λειτουργεί μόνο εν μέρει - η διαδικασία αυτοοργάνωσης αποδείχθηκε ασταθής. Έχουν προκύψει σοβαρές δυσκολίες με την τεχνολογία για την παραγωγή σωματιδίων νανοϋλικών ηλεκτροδίων που έχουν ομοιόμορφο μέγεθος και ιδιότητες. Ως αποτέλεσμα, η απόδοση του προϊόντος κυμαινόταν από εξαιρετική έως μη χρησιμοποιήσιμη. Η διάρκεια ζωής των μπαταριών που προέκυψαν ήταν σημαντικά κατώτερη από τα υπάρχοντα ανάλογα λόγω της αδυναμίας του κρυσταλλικού πλέγματος των ηλεκτροδίων. Απλώς κατέρρευσε σε αρκετούς κύκλους εκφόρτισης. Ο Τσανγκ συνειδητοποίησε ότι η δημιουργία βιομηχανικής τεχνολογίας για ιδανικές μπαταρίες ήταν ακόμα πολύ μακριά. Το έργο ξεσπάει στα άκρα...

Μέχρι εκείνη τη στιγμή, οι εργασίες στο σιδηροφωσφορικό λίθιο είχαν αποφέρει απροσδόκητα αποτελέσματα. Στην αρχή, οι ηλεκτρικές ιδιότητες του φωσφορικού σιδήρου έμοιαζαν πολύ μέτριες. Τα πλεονεκτήματα του Li-Fe έναντι του LiCoO2 ήταν η μη τοξικότητα, το χαμηλό κόστος και η μικρότερη ευαισθησία του στη θερμότητα. Διαφορετικά, το σιδηροφωσφορικό ήταν σημαντικά κατώτερο από το κοβαλτικό - κατά 20% σε ενεργειακή ένταση, κατά 30% σε παραγωγικότητα και στον αριθμό των κύκλων λειτουργίας. Αυτό σημαίνει ότι μια μπαταρία με κάθοδο κατασκευασμένη από πρωτεύον Li-Fe δεν ήταν κατάλληλη για φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, όπου η χωρητικότητα είναι υψίστης σημασίας. Το σιδηροφωσφορικό απαιτούσε βαθιά τροποποίηση. Ο Τσανγκ άρχισε να πειραματίζεται προσθέτοντας νιόβιο και άλλα μέταλλα στη δομή του ηλεκτροδίου και μειώνοντας το μέγεθος των μεμονωμένων σωματιδίων Li-Fe στα εκατό νανόμετρα. Και το υλικό έχει κυριολεκτικά μεταμορφωθεί! Χάρη στην ενεργή επιφάνεια που αυξήθηκε χιλιάδες φορές και τη βελτιωμένη ηλεκτρική αγωγιμότητα λόγω της εισαγωγής χρυσού και χαλκού, οι μπαταρίες με κάθοδο από νανοδομημένο Li-Fe ξεπέρασαν τα συμβατικά κοβαλτίου σε ρεύματα εκφόρτισης κατά δέκα φορές. Η κρυσταλλική δομή των ηλεκτροδίων πρακτικά δεν φθαρεί με την πάροδο του χρόνου. Η προσθήκη μετάλλων το ενίσχυσε, όπως ο οπλισμός ενισχύει το σκυρόδεμα, έτσι ο αριθμός των κύκλων μπαταρίας αυξήθηκε πάνω από δέκα φορές - σε 7000! Στην πραγματικότητα, μια τέτοια μπαταρία μπορεί να επιβιώσει αρκετές γενιές των συσκευών που τροφοδοτεί. Επιπλέον, δεν έπρεπε να δημιουργηθεί τίποτα νέο στην τεχνολογία παραγωγής για το Li-Fe. Αυτό σήμαινε ότι το προϊόν που είχαν φτιάξει οι Riley, Chang και Fulap ήταν έτοιμο για άμεση μαζική παραγωγή.

"Εάν είστε μια μικρή εταιρεία με περιορισμένη χρηματοδότηση, τείνετε να επικεντρώνεστε σε ένα πράγμα", λέει ο Riley. – Μα αποδείχτηκε ότι είχαμε δύο ιδέες στην τσέπη μας! Οι επενδυτές απαίτησαν να συνεχιστούν οι εργασίες για το αρχικό θέμα του έργου και να αφεθούν τα νανοφωσφορικά σε καλύτερους καιρούς. Αλλά το κάναμε με τον δικό μας τρόπο. Στείλαμε μια μικρή ομάδα μηχανικών στη νέα κατεύθυνση. Τους δόθηκε ένας συγκεκριμένος στόχος - να αναπτύξουν μια τεχνολογία για τη βιομηχανική παραγωγή νανοϋλικών καθόδου». Όπως αποδείχθηκε αργότερα, αυτή η πεισματική απόφαση έσωσε ολόκληρο το έργο από την κατάρρευση. Μετά τις πρώτες προφανείς επιτυχίες με τα νανοφωσφορικά, περαιτέρω εργασίες για την αυτοοργάνωση παρέμειναν, αλλά δεν ξεχάστηκαν. Άλλωστε, η ιστορία μπορεί κάποτε να επαναληφθεί ακριβώς το αντίθετο.

Βιομηχανικός γίγαντας

Κυριολεκτικά ένα μήνα μετά από αυτό, η A123 συνήψε ένα μοιραίο συμβόλαιο με τη διάσημη εταιρεία Black & Decker. Αποδείχθηκε ότι η Black & Decker ανέπτυζε μια νέα γενιά κατασκευαστικών ηλεκτρικών εργαλείων για αρκετά χρόνια - φορητές και ισχυρές φορητές συσκευές. Αλλά η εισαγωγή του νέου προϊόντος καθυστέρησε λόγω της έλλειψης κατάλληλης πηγής ρεύματος. Οι μπαταρίες NiMH και NiCd δεν ήταν κατάλληλες για την εταιρεία όσον αφορά το βάρος, το μέγεθος και τα χαρακτηριστικά απόδοσης. Οι συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου ήταν αρκετά ευρύχωρες, αλλά δεν παρείχαν ρεύμα υψηλού φορτίου και, όταν εκφορτίζονταν γρήγορα, ζεστάνονταν τόσο που μπορούσαν να πάρουν φωτιά. Επιπλέον, ο χρόνος που απαιτείται για τη φόρτισή τους ήταν πολύ μεγάλος και ένα φορητό εργαλείο πρέπει να είναι πάντα έτοιμο. Οι μπαταρίες A123 ήταν ιδανικές για αυτούς τους σκοπούς. Ήταν πολύ συμπαγείς, ισχυροί και απολύτως ασφαλείς. Ο χρόνος φόρτισης στο 80% της χωρητικότητας ήταν μόνο 12 λεπτά και σε φορτία αιχμής οι μπαταρίες Li-Fe ανέπτυξαν ισχύ που ξεπερνούσε αυτή των εργαλείων με καλώδιο! Με λίγα λόγια, η Black & Decker βρήκε αυτό ακριβώς που έψαχνε.

Μέχρι εκείνη την εποχή, το A123 είχε μόνο μια πρωτότυπη μπαταρία στο μέγεθος μιας δεκάρας και η Black & Decker χρειαζόταν εκατομμύρια πραγματικές μπαταρίες. Οι Fulap και Riley πραγματοποίησαν τεράστια εργασία για να δημιουργήσουν τις δικές τους εγκαταστάσεις παραγωγής και, μέσα σε ένα χρόνο μετά την υπογραφή της σύμβασης, ξεκίνησαν τη σειριακή παραγωγή εμπορικών προϊόντων στην Κίνα. Η ενέργεια και η ώθηση του Fulap στη συμφωνία με την Black & Decker επέτρεψαν στην A123 να εισέλθει στον μεγάλο βιομηχανικό κύκλο στο συντομότερο δυνατό χρόνο. Σε λιγότερο από έξι χρόνια, η εταιρεία της Μασαχουσέτης εξελίχθηκε από μια καθαρή ιδέα σε ένα μεγάλο συγκρότημα έρευνας και παραγωγής με έξι εργοστάσια και προσωπικό 900 υπαλλήλων. Σήμερα, η A123 Systems κατέχει 120 διπλώματα ευρεσιτεχνίας και αιτήσεις διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας στον τομέα της ηλεκτροχημείας και το ερευνητικό της κέντρο τεχνολογίας ιόντων λιθίου θεωρείται το καλύτερο στη Βόρεια Αμερική.

Όμως η εταιρεία δεν σταματά εκεί. Τον τελευταίο ενάμιση χρόνο, οι ιδιότητες του αρχικού νανοφωσφορικού έχουν βελτιωθεί ριζικά και έχουν αναπτυχθεί νέοι τύποι ηλεκτρολυτών. Έχουν δημιουργηθεί πιο προηγμένα και αξιόπιστα ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου φόρτισης. Έχουν αναπτυχθεί διάφοροι τύποι σχεδίων πακέτων μπαταριών για χρήση σε διάφορους τομείς της τεχνολογίας. Αλλά το κύριο βήμα προς τα εμπρός είναι, φυσικά, η ανάπτυξη μιας μπαταρίας για το μελλοντικό υβριδικό αυτοκίνητο Chevrolet Volt.

Οι τεχνολογίες παραγωγής μπαταριών δεν μένουν ακίνητες και οι μπαταρίες Ni-Cd (νικελίου-καδμίου) και Ni-MH (νικελίου-υδριδίου μετάλλου) αντικαθίστανται σταδιακά στην αγορά από μπαταρίες...

Κατάλογος εταιρειών που παράγουν μπαταρίες ιόντων λιθίου (Li-ion), πολυμερούς λιθίου (Li-Po), φωσφορικού λιθίου (Li-Fe / LiFePO4) σε διάφορες χώρες του κόσμου. Όνομα κατασκευαστή Τοποθεσία...

Ο σύγχρονος εξοπλισμός γίνεται όλο και πιο περίπλοκος και ισχυρός μέρα με τη μέρα. Τα πρότυπα υψηλής τεχνολογίας δημιουργούν αυξημένες απαιτήσεις σε μπαταρίες, οι οποίες πρέπει πλέον να συνδυάζουν υψηλές επιδόσεις, ενεργειακή απόδοση και αυξημένα αποθέματα ενέργειας.

Η εισαγωγή νέων τύπων ηλεκτρικού εξοπλισμού στην παραγωγή, η επιτάχυνση της τεχνολογικής διαδικασίας - όλα αυτά αυξάνουν τις απαιτήσεις για πηγές ενέργειας και οι σύγχρονες μπαταρίες δεν μπορούν πλέον να τις καλύψουν πάντα. Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, οι κατασκευαστές έχουν ακολουθήσει τον δρόμο της βελτίωσης της τεχνολογίας ιόντων λιθίου. Έτσι γεννήθηκε ο φωσφορικός σίδηρος λιθίου, ο οποίος είναι ο ιδεολογικός απόγονος των μπαταριών ιόντων λιθίου.

Ιστορική αναφορά

Το LiFePO4, ή LFP, ένα φυσικό ορυκτό της οικογένειας των ολιβινών, ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 1996 από τον επιστήμονα του Πανεπιστημίου του Τέξας John Goodenough, ο οποίος αναζητούσε τρόπους βελτίωσης των πηγών ενέργειας Li-ion. Αξιοσημείωτο ήταν το γεγονός ότι αυτό το ορυκτό είχε λιγότερη τοξικότητα και υψηλότερη θερμική σταθερότητα από όλα τα γνωστά ηλεκτρόδια εκείνη την εποχή.

Επιπλέον, βρέθηκε στο φυσικό περιβάλλον και είχε μικρότερο κόστος. Το κύριο μειονέκτημα των ηλεκτροδίων με βάση το LiFePO4 ήταν η χαμηλή ηλεκτρική τους χωρητικότητα, γι' αυτό και η μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου δεν αναπτύχθηκε πλέον.

Η έρευνα προς αυτή την κατεύθυνση ξεκίνησε ξανά το 2003. Μια ομάδα επιστημόνων εργάστηκε για να δημιουργήσει θεμελιωδώς νέες μπαταρίες που θα αντικαθιστούσαν τις πιο προηγμένες μπαταρίες ιόντων λιθίου εκείνη την εποχή. Μεγάλες εταιρείες όπως η Motorola και η Qualcomm ενδιαφέρθηκαν για το έργο, το οποίο έφερε πιο κοντά την εμφάνιση μπαταριών με στοιχεία καθόδου LiFePO4.

Μπαταρία βασισμένη στο LiFePO4

Αυτός ο τύπος χρησιμοποιεί την ίδια τεχνολογία για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με τις κυψέλες ιόντων λιθίου που έχουμε συνηθίσει. Ωστόσο, υπάρχει μια σειρά από σημαντικές διαφορές μεταξύ τους. Πρώτον, είναι η χρήση του δικού του τύπου BMS - ένα σύστημα διαχείρισης που προστατεύει τις ηλεκτρικές μπαταρίες από υπερφόρτιση και σοβαρή εκφόρτιση, αυξάνει τη διάρκεια ζωής και κάνει την πηγή ενέργειας πιο σταθερή.

Δεύτερον, το LiFePO4, σε αντίθεση με το LiCoO2, είναι λιγότερο τοξικό. Το γεγονός αυτό μας επέτρεψε να αποφύγουμε μια σειρά από προβλήματα που σχετίζονται με την περιβαλλοντική ρύπανση. Συγκεκριμένα, μειώστε τις εκπομπές κοβαλτίου στην ατμόσφαιρα λόγω ακατάλληλης απόρριψης των μπαταριών.

Τέλος, λόγω της έλλειψης ομοιόμορφων προτύπων LFP, τα στοιχεία έχουν διαφορετική χημική σύνθεση, γεγονός που προκαλεί τη διακύμανση των τεχνικών χαρακτηριστικών των μοντέλων σε ένα ευρύ φάσμα. Επιπλέον, η συντήρηση αυτών των τροφοδοτικών είναι πιο περίπλοκη και πρέπει να συμμορφώνεται με ορισμένους κανόνες.

Προδιαγραφές

Αξίζει να πούμε ότι οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου 48 Volt, 36 Volt και 60 Volt κατασκευάζονται με τη σύνδεση μεμονωμένων στοιχείων σε σειρά, επειδή η μέγιστη τάση σε ένα τμήμα LFP δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 3,65 V. Επομένως, οι τεχνικοί δείκτες κάθε μπαταρίας μπορεί να διαφέρουν σημαντικά το ένα από το άλλο - όλα εξαρτώνται από τη συναρμολόγηση και τη συγκεκριμένη χημική σύνθεση.

Για να αναλύσουμε τα τεχνικά χαρακτηριστικά, παρουσιάζουμε τις ονομαστικές τιμές ενός μεμονωμένου κελιού.

Η καλύτερη εφαρμογή των δυνατοτήτων κάθε μεμονωμένης κυψέλης επιτεύχθηκε στην μπαταρία Everexceed. Οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου Everexceed έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής. Συνολικά, είναι σε θέση να αντέξουν έως και 4 χιλιάδες κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης με απώλεια χωρητικότητας έως και 20%, και το απόθεμα ενέργειας αναπληρώνεται σε 12 λεπτά. Λαμβάνοντας αυτό υπόψη, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι οι μπαταρίες Everexceed είναι ένας από τους καλύτερους αντιπροσώπους των στοιχείων LFP.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Το κύριο πλεονέκτημα που ξεχωρίζει τη μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου από άλλους τύπους μπαταριών είναι η ανθεκτικότητα. Ένα τέτοιο στοιχείο είναι ικανό να αντέξει περισσότερους από 3 χιλιάδες κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης όταν το επίπεδο ηλεκτρικής ενέργειας πέσει στο 30%, και περισσότερους από 2 χιλιάδες όταν πέσει στο 20%. Χάρη σε αυτό, η μέση διάρκεια ζωής της μπαταρίας είναι περίπου 7 χρόνια.

Το σταθερό ρεύμα φόρτισης είναι το δεύτερο σημαντικό πλεονέκτημα των στοιχείων LFP. Η τάση εξόδου παραμένει στα 3,2 V μέχρι να εξαντληθεί πλήρως η φόρτιση. Αυτό απλοποιεί το διάγραμμα καλωδίωσης και εξαλείφει την ανάγκη χρήσης ρυθμιστών τάσης.

Το υψηλότερο ρεύμα αιχμής είναι το τρίτο τους πλεονέκτημα. Αυτή η ιδιότητα της μπαταρίας τους επιτρέπει να παράγουν μέγιστη ισχύ ακόμη και σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Αυτή η ιδιότητα έχει ωθήσει τις αυτοκινητοβιομηχανίες να χρησιμοποιούν μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου ως κύρια πηγή ενέργειας κατά την εκκίνηση κινητήρων βενζίνης και ντίζελ.

Μαζί με όλα τα παρουσιαζόμενα πλεονεκτήματα, οι μπαταρίες LiFePO4 έχουν ένα σημαντικό μειονέκτημα - μεγάλο βάρος και μέγεθος. Αυτό περιορίζει τη χρήση τους σε ορισμένους τύπους μηχανημάτων και ηλεκτρικού εξοπλισμού.

Χαρακτηριστικά λειτουργίας

Εάν αγοράσετε έτοιμες μπαταρίες φωσφορικού λιθίου, τότε δεν θα έχετε καμία δυσκολία με τη συντήρηση και τη λειτουργία. Όλα αυτά χάρη στο γεγονός ότι οι κατασκευαστές κατασκευάζουν πλακέτες BMS σε τέτοια στοιχεία, τα οποία εμποδίζουν την υπερφόρτιση και εμποδίζουν την εκφόρτιση του στοιχείου σε εξαιρετικά χαμηλό επίπεδο.

Αλλά εάν αγοράζετε μεμονωμένες κυψέλες (μπαταρίες με στυλό, για παράδειγμα), τότε θα πρέπει να παρακολουθείτε μόνοι σας το επίπεδο φόρτισης. Όταν η φόρτιση πέσει κάτω από ένα κρίσιμο επίπεδο (κάτω από 2,00 V), η χωρητικότητα θα αρχίσει να πέφτει γρήγορα, γεγονός που θα καταστήσει αδύνατη την επαναφόρτιση των κυψελών. Αν, αντίθετα, επιτρέψετε υπερφόρτιση (πάνω από 3,75 V), η κυψέλη απλώς θα διογκωθεί λόγω των απελευθερωμένων αερίων.

Εάν χρησιμοποιείτε παρόμοια μπαταρία για ένα ηλεκτρικό όχημα, τότε μετά από 100% φόρτιση θα πρέπει να την αποσυνδέσετε Διαφορετικά, η μπαταρία θα διογκωθεί λόγω υπερκορεσμού του ηλεκτρικού ρεύματος.

Κανόνες λειτουργίας

Εάν σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε μπαταρίες λιθίου-φωσφόρου όχι σε κυκλική λειτουργία, αλλά σε λειτουργία buffer, για παράδειγμα, ως πηγή ενέργειας για ένα UPS ή σε συνδυασμό με μια ηλιακή μπαταρία, τότε πρέπει να φροντίσετε να μειώσετε το επίπεδο φόρτισης στο 3,40 -3,45 V. Αντιμετώπιση Αυτή η εργασία βοηθείται από «έξυπνους» φορτιστές, οι οποίοι στην αυτόματη λειτουργία πρώτα αναπληρώνουν πλήρως την παροχή ενέργειας και στη συνέχεια μειώνουν το επίπεδο τάσης.

Κατά τη λειτουργία, πρέπει να παρακολουθείτε την ισορροπία των κυψελών ή να χρησιμοποιείτε ειδικές σανίδες εξισορρόπησης (είναι ήδη ενσωματωμένες στην μπαταρία ενός ηλεκτρικού οχήματος). Η ανισορροπία κυψέλης είναι μια κατάσταση κατά την οποία η συνολική τάση της συσκευής παραμένει στο ονομαστικό επίπεδο, αλλά η τάση της κυψέλης γίνεται διαφορετική.

Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει λόγω της διαφοράς στην αντίσταση των μεμονωμένων τμημάτων και της κακής επαφής μεταξύ τους. Εάν οι κυψέλες έχουν διαφορετικές τάσεις, τότε φορτίζονται και αποφορτίζονται άνισα, γεγονός που μειώνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Θέση σε λειτουργία μπαταρίας

Πριν χρησιμοποιήσετε μπαταρίες λιθίου-φωσφόρου που συναρμολογούνται από μεμονωμένες κυψέλες, πρέπει να ληφθεί μέριμνα για την ισορροπία του συστήματος, καθώς τα τμήματα μπορεί να έχουν διαφορετικά επίπεδα φόρτισης. Για να γίνει αυτό, όλα τα εξαρτήματα συνδέονται παράλληλα μεταξύ τους και συνδέονται με ανορθωτή και φορτιστή. Οι κυψέλες που συνδέονται με αυτόν τον τρόπο πρέπει να φορτιστούν στα 3,6 V.

Όταν χρησιμοποιείτε μια μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου για ένα ηλεκτρικό ποδήλατο, πιθανότατα παρατηρήσατε ότι στα πρώτα λεπτά λειτουργίας η μπαταρία παράγει μέγιστη ισχύ και στη συνέχεια η φόρτιση πέφτει γρήγορα στο επίπεδο των 3,3-3,0 V. Μην το φοβάστε, γιατί αυτή είναι η κανονική λειτουργία της μπαταρίας. Το γεγονός είναι ότι η κύρια χωρητικότητά του (περίπου 90%) βρίσκεται ακριβώς σε αυτό το εύρος.

συμπέρασμα

Η απόδοση είναι 20-30% υψηλότερη από άλλες μπαταρίες. Ταυτόχρονα, διαρκούν 2-3 χρόνια περισσότερο από άλλες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας και παρέχουν επίσης σταθερό ρεύμα σε όλη την περίοδο λειτουργίας. Όλα αυτά αναδεικνύουν τα στοιχεία που παρουσιάζονται ευνοϊκά.

Ωστόσο, οι περισσότεροι άνθρωποι θα συνεχίσουν να αγνοούν τις μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου. Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των μπαταριών είναι ωχρά σε σύγκριση με την τιμή τους - είναι 5-6 φορές περισσότερες από τις κυψέλες μολύβδου-οξέος που έχουμε συνηθίσει. Μια τέτοια μπαταρία για ένα αυτοκίνητο κοστίζει κατά μέσο όρο περίπου 26 χιλιάδες ρούβλια.

Η σύγχρονη αγορά είναι γεμάτη με μια ποικιλία ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Όλο και περισσότερες προηγμένες πηγές ενέργειας αναπτύσσονται για τη λειτουργία τους. Ανάμεσά τους ξεχωριστή θέση κατέχουν οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου. Είναι ασφαλή, έχουν υψηλή ηλεκτρική ικανότητα, πρακτικά δεν εκπέμπουν τοξίνες και είναι ανθεκτικά. Ίσως αυτές οι μπαταρίες θα εκτοπίσουν σύντομα τα «αδέρφια» τους από τις συσκευές.

Περιεχόμενα

Τι είναι η μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου

Οι μπαταρίες LiFePo4 είναι υψηλής ποιότητας και αξιόπιστες πηγές ενέργειας με υψηλή απόδοση. Αντικαθιστούν ενεργά όχι μόνο τις απαρχαιωμένες μπαταρίες μολύβδου-οξέος, αλλά και τις σύγχρονες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Σήμερα, αυτές οι μπαταρίες βρίσκονται όχι μόνο σε βιομηχανικό εξοπλισμό, αλλά και σε οικιακές συσκευές - από smartphone έως ηλεκτρικά ποδήλατα.

Οι μπαταρίες LFP αναπτύχθηκαν από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης το 2003. Βασίζονται σε βελτιωμένη τεχνολογία ιόντων λιθίου με τροποποιημένη χημική σύνθεση: χρησιμοποιείται σιδηροφωσφορικό λίθιο για την άνοδο αντί για κοβαλτικό λίθιο. Οι μπαταρίες έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένες χάρη σε εταιρείες όπως η Motorola και η Qualcomm.

Πώς παράγονται οι μπαταρίες LiFePo4

Τα κύρια εξαρτήματα για την κατασκευή των μπαταριών LiFePo4 παρέχονται στο εργοστάσιο με τη μορφή σκούρου γκρι σκόνης με μεταλλική γυαλάδα. Το σχέδιο παραγωγής για ανόδους και καθόδους είναι το ίδιο, αλλά λόγω του απαράδεκτου της ανάμειξης εξαρτημάτων, όλες οι τεχνολογικές εργασίες εκτελούνται σε διαφορετικά εργαστήρια. Όλη η παραγωγή χωρίζεται σε διάφορα στάδια.

Το πρώτο βήμα.Δημιουργία ηλεκτροδίων. Για να γίνει αυτό, η τελική χημική σύνθεση καλύπτεται και στις δύο πλευρές με μεταλλικό φύλλο (συνήθως αλουμίνιο για την κάθοδο και χαλκό για την άνοδο). Το φύλλο είναι προεπεξεργασμένο με ανάρτηση έτσι ώστε να μπορεί να λειτουργήσει ως δέκτης ρεύματος και αγώγιμο στοιχείο. Τα τελικά στοιχεία κόβονται σε λεπτές λωρίδες και διπλώνονται πολλές φορές, σχηματίζοντας τετράγωνα κελιά.

Δεύτερο βήμα.Άμεση συναρμολόγηση μπαταρίας. Κάθοδοι και άνοδοι με τη μορφή κυψελών τοποθετούνται και στις δύο πλευρές ενός διαχωριστή από πορώδες υλικό και στερεώνονται σφιχτά σε αυτό. Το μπλοκ που προκύπτει τοποθετείται σε πλαστικό δοχείο, γεμάτο με ηλεκτρολύτη και σφραγισμένο.

Το τελικό στάδιο.Ελέγξτε τη φόρτιση/εκφόρτιση της μπαταρίας. Η φόρτιση πραγματοποιείται με σταδιακή αύξηση της τάσης του ηλεκτρικού ρεύματος, έτσι ώστε να μην συμβεί έκρηξη ή ανάφλεξη λόγω της απελευθέρωσης μεγάλης ποσότητας θερμότητας. Για να αποφορτιστεί, η μπαταρία συνδέεται με έναν ισχυρό καταναλωτή. Εάν δεν εντοπιστούν αποκλίσεις, τα τελικά στοιχεία αποστέλλονται στον πελάτη.

Αρχή λειτουργίας και σχεδιασμός μπαταρίας φωσφορικού σιδήρου λιθίου

Οι μπαταρίες LFP αποτελούνται από ηλεκτρόδια που πιέζονται σφιχτά πάνω σε έναν πορώδες διαχωριστή και στις δύο πλευρές. Για την τροφοδοσία των συσκευών, τόσο η κάθοδος όσο και η άνοδος συνδέονται με συλλέκτες ρεύματος. Όλα τα εξαρτήματα τοποθετούνται σε πλαστική θήκη και γεμίζουν με ηλεκτρολύτη. Στη θήκη τοποθετείται ένας ελεγκτής, ο οποίος ρυθμίζει την παροχή ρεύματος κατά τη φόρτιση.

Η αρχή λειτουργίας των μπαταριών LiFePo4 βασίζεται στην αλληλεπίδραση σιδηροφωσφορικού λιθίου και άνθρακα. Η ίδια η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με τον τύπο:

LiFePO 4 + 6C → Li 1-x FePO 4 + LiC 6

Ο φορέας φόρτισης της μπαταρίας είναι ένα θετικά φορτισμένο ιόν λιθίου. Έχει την ικανότητα να διεισδύει στο κρυσταλλικό πλέγμα άλλων υλικών, σχηματίζοντας χημικούς δεσμούς.

Τεχνικά χαρακτηριστικά των μπαταριών LiFePo4

Ανεξάρτητα από τον κατασκευαστή, όλα τα κύτταρα LFP έχουν τα ίδια τεχνικά χαρακτηριστικά:

• τάση αιχμής – 3,65 V;
• τάση στο μεσαίο σημείο – 3,3 V;
• τάση σε κατάσταση πλήρως εκφορτισμένη – 2,0 V.
• ονομαστική τάση λειτουργίας – 3,0-3,3 V;
• ελάχιστη τάση υπό φορτίο – 2,8 V;
• ανθεκτικότητα - από 2 έως 7 χιλιάδες κύκλους φόρτισης/εκφόρτισης.
• αυτοφόρτιση σε θερμοκρασία 15-18 C – έως και 5% ετησίως.

Τα τεχνικά χαρακτηριστικά που παρουσιάζονται αναφέρονται συγκεκριμένα στα κύτταρα LiFePo4. Ανάλογα με το πόσες από αυτές συνδυάζονται με μία μπαταρία, οι παράμετροι των μπαταριών θα ποικίλλουν.

Τα εγχώρια αντίγραφα έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

• χωρητικότητα - έως 2000 Ah.
• τάση – 12 v, 24v, 36v και 48v.
• με ένα εύρος θερμοκρασιών λειτουργίας - από -30 έως +60 C о;
• με ρεύμα φόρτισης - από 4 έως 30Α.

Όλες οι μπαταρίες δεν χάνουν την ποιότητά τους κατά την αποθήκευση για 15 χρόνια, έχουν σταθερή τάση και χαρακτηρίζονται από χαμηλή τοξικότητα.

Τι τύποι μπαταριών LiFePo4 υπάρχουν;

Σε αντίθεση με τις μπαταρίες που έχουμε συνηθίσει, οι οποίες επισημαίνονται με τα σύμβολα AA ή AAA, οι κυψέλες φωσφορικού σιδήρου λιθίου έχουν εντελώς διαφορετική σήμανση παράγοντα μορφής - τα μεγέθη τους είναι κρυπτογραφημένα με έναν 5ψήφιο αριθμό. Όλα αυτά παρουσιάζονται στον πίνακα.

Κανονικό μέγεθος	Διαστάσεις, DxL (mm)
14430	14 x 43
14505	14 x 50
17335	17 x 33
18500	18 x 50
18650	18 x 65
26650	26 x 65
32600	32 x 60
32900	32 x 90
38120	38 x 120
40160	40 x 160
42120	42 x 120

Ακόμα και χωρίς να έχετε μπροστά σας τραπέζι με σημάδια, μπορείτε εύκολα να πλοηγηθείτε στις διαστάσεις της μπαταρίας. Τα δύο πρώτα ψηφία του κωδικού υποδεικνύουν τη διάμετρο, τα υπόλοιπα δηλώνουν το μήκος της πηγής ισχύος (mm). Ο αριθμός 5 στο τέλος ορισμένων τυπικών μεγεθών αντιστοιχεί σε μισό χιλιοστό.

Μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου: πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Οι μπαταρίες LFP βασίζονται στην τεχνολογία Li-ion, η οποία τους επιτρέπει να απορροφούν όλα τα πλεονεκτήματα αυτών των πηγών ενέργειας και ταυτόχρονα να απαλλαγούν από τα εγγενή μειονεκτήματά τους.

Μεταξύ των βασικών πλεονεκτημάτων είναι:

1. Ανθεκτικότητα - έως 7.000 κύκλοι.
2. Υψηλό ρεύμα φόρτισης, που μειώνει τον χρόνο αναπλήρωσης ενέργειας.
3. Σταθερή τάση λειτουργίας που δεν πέφτει μέχρι να εξαντληθεί πλήρως η φόρτιση.
4. Υψηλή τάση αιχμής - 3,65 Volt.
5. Υψηλή ονομαστική χωρητικότητα.
6. Ελαφρύ - έως αρκετά κιλά.
7. Χαμηλό επίπεδο περιβαλλοντικής ρύπανσης κατά την απόρριψη.
8. Αντοχή στον παγετό – η εργασία είναι δυνατή σε θερμοκρασίες από -30 έως +60C.

Όμως οι μπαταρίες έχουν και μειονεκτήματα. Το πρώτο από αυτά είναι το υψηλό κόστος. Η τιμή ενός στοιχείου 20 Ah μπορεί να φτάσει τα 35 χιλιάδες ρούβλια. Το δεύτερο και τελευταίο μειονέκτημα είναι η δυσκολία της μη αυτόματης συναρμολόγησης μιας τράπεζας μπαταριών, σε αντίθεση με τις κυψέλες ιόντων λιθίου. Δεν έχουν ακόμη εντοπιστεί άλλα προφανή μειονεκτήματα αυτών των πηγών ενέργειας.

Φορτιστές και πώς να φορτίσετε το LiFePo4

Οι φορτιστές για μπαταρίες LiFePo4 πρακτικά δεν διαφέρουν από τους συμβατικούς μετατροπείς. Συγκεκριμένα, μπορείτε να καταγράψετε υψηλό ρεύμα εξόδου - έως 30A, το οποίο χρησιμοποιείται για τη γρήγορη επαναφόρτιση των στοιχείων.

Εάν αγοράσετε μια έτοιμη μπαταρία, δεν θα πρέπει να αντιμετωπίζετε δυσκολίες στη φόρτισή τους. Ο σχεδιασμός τους διαθέτει ενσωματωμένο ηλεκτρονικό χειριστήριο που προστατεύει όλα τα κύτταρα από την πλήρη εκφόρτιση και τον υπερκορεσμό με ηλεκτρισμό. Τα ακριβά συστήματα χρησιμοποιούν μια πλακέτα εξισορρόπησης, η οποία κατανέμει ομοιόμορφα την ενέργεια μεταξύ όλων των κυψελών της συσκευής.

Είναι σημαντικό κατά την επαναφόρτιση να μην υπερβαίνετε τη συνιστώμενη ένταση αν χρησιμοποιείτε φορτιστές τρίτων κατασκευαστών. Αυτό θα μειώσει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας πολλές φορές ανά φόρτιση. Εάν η μπαταρία θερμαίνεται ή διογκωθεί, η ισχύς του ρεύματος υπερβαίνει τις επιτρεπόμενες τιμές.

Πού χρησιμοποιούνται οι μπαταρίες LiFePo4;

Οι μπαταρίες LFP έχουν μεγάλη σημασία για τη βιομηχανία. Χρησιμοποιούνται για τη διατήρηση της λειτουργικότητας των συσκευών σε μετεωρολογικούς σταθμούς και νοσοκομεία. Εφαρμόζονται επίσης ως buffer σε αιολικά πάρκα και χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση ενέργειας από ηλιακούς συλλέκτες.

Οι μπαταρίες 12v αρχίζουν να χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα αυτοκίνητα αντί των συνηθισμένων στοιχείων μολύβδου-οξέος. Οι κατασκευές LiFePo4 εγκαθίστανται ως η κύρια πηγή ενέργειας σε ηλεκτρικά ποδήλατα και ATV και μηχανοκίνητα σκάφη.

Το νόημά τους είναι ευρέως διαδεδομένο στην καθημερινή ζωή. Είναι ενσωματωμένα σε τηλέφωνα, tablet, ακόμη και κατσαβίδια. Ωστόσο, τέτοιες συσκευές διαφέρουν σημαντικά στην τιμή από τις λιγότερο προηγμένες τεχνολογικά αντίστοιχές τους. Επομένως, εξακολουθεί να είναι δύσκολο να τα βρείτε στην αγορά.

Κανόνες αποθήκευσης, λειτουργίας και απόρριψης του LiFePo4

Πριν στείλετε την μπαταρία LFP για μακροχρόνια αποθήκευση, είναι απαραίτητο να τη φορτίσετε στο 40-60% και να διατηρήσετε αυτό το επίπεδο φόρτισης καθ' όλη την περίοδο αποθήκευσης. Η μπαταρία πρέπει να φυλάσσεται σε ξηρό μέρος όπου η θερμοκρασία δεν πέφτει κάτω από τη θερμοκρασία δωματίου.

Κατά τη λειτουργία, πρέπει να τηρούνται οι απαιτήσεις του κατασκευαστή. Είναι σημαντικό να αποτρέψετε την υπερθέρμανση της μπαταρίας. Εάν παρατηρήσετε ότι η μπαταρία θερμαίνεται άνισα κατά τη λειτουργία ή τη φόρτιση, θα πρέπει να επικοινωνήσετε με ένα κέντρο επισκευής - ίσως κάποια από τις κυψέλες έχει αποτύχει ή υπάρχει δυσλειτουργία στη μονάδα ελέγχου ή στην πλακέτα ισορροπίας. Το ίδιο πρέπει να γίνει αν εμφανιστεί οίδημα.

Για να απορρίψετε σωστά μια μπαταρία που έχει εξαντλήσει πλήρως τους πόρους της, θα πρέπει να επικοινωνήσετε με οργανισμούς που ειδικεύονται σε αυτό. Με αυτόν τον τρόπο όχι μόνο θα συμπεριφέρεστε σαν ευσυνείδητος πολίτης, αλλά θα μπορείτε και να κερδίσετε χρήματα από αυτό. Ωστόσο, εάν στείλετε απλώς την μπαταρία σε χώρο υγειονομικής ταφής, τότε δεν θα συμβεί τίποτα κακό.

Μπορεί επίσης να σας ενδιαφέρει

Σε πολλές συσκευές χρησιμοποιούνται μικροσκοπικές μπαταρίες σε σχήμα κουμπιού. Τα προϊόντα από διαφορετικούς κατασκευαστές ενδέχεται να διαφέρουν

Η αξιοπιστία της εκκίνησης του κινητήρα οποιουδήποτε αυτοκινήτου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ποιότητα της μπαταρίας που χρησιμοποιείται. Αυτός πρέπει

Είναι σημαντικό να επιλέξετε τη σωστή μπαταρία για κάθε αυτοκίνητο. Αυτό θα παρατείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής

Τι είναι η μπαταρία LiFePO4

Το LiFePO4 είναι ένα ορυκτό της οικογένειας των ολιβινών που απαντάται φυσικά. Η ημερομηνία γέννησης των μπαταριών LiFePO4 θεωρείται το 1996, όταν προτάθηκε για πρώτη φορά η χρήση του LiFeP04 σε ένα ηλεκτρόδιο μπαταρίας στο Πανεπιστήμιο του Τέξας. Το ορυκτό είναι μη τοξικό, σχετικά φθηνό και εμφανίζεται φυσικά.

Το LiFEPO4 είναι ένα υποσύνολο μπαταριών λιθίου και χρησιμοποιεί την ίδια ενεργειακή τεχνολογία με τις μπαταρίες λιθίου, ωστόσο, δεν είναι 100% μπαταρίες λιθίου (ιόντων λιθίου).

Λόγω του γεγονότος ότι η τεχνολογία εμφανίστηκε σχετικά πρόσφατα, δεν υπάρχει ενιαίο πρότυπο για την αξιολόγηση της ποιότητας των μπαταριών LiFEPO4, καθώς και άμεσες αναλογίες με την απόδοση των μπαταριών μολύβδου-οξέος που είναι γνωστές σε εμάς.

Λόγω της έλλειψης ενιαίου προτύπου για τις μπαταρίες LFTP στην αγορά, υπάρχουν πολλές ποικιλίες κυψελών και μπαταριών LFP που τις χρησιμοποιούν με διαφορετικά χαρακτηριστικά και χημεία στο εσωτερικό, ονομάζονται όλες μπαταρίες LFP ή λιθίου, αλλά λειτουργούν διαφορετικά. Χωρίς να προσπαθούμε να αγκαλιάσουμε την απεραντοσύνη, θα επικεντρωθούμε σε αυτό που εγγυημένα κάνουν οι μπαταρίες μας.

Οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου Aliant έχουν τα ακόλουθα πρακτικά πλεονεκτήματα:

ένας τεράστιος αριθμός κύκλων επαναφόρτισης, μεγαλύτερος από αυτόν των μπαταριών ιόντων λιθίου και των μπαταριών μολύβδου,
η μπαταρία μπορεί να αντέξει 3000 κύκλους φόρτισης από κατάσταση αποφόρτισης 70% και 2000 κύκλους από κατάσταση αποφόρτισης 80%, γεγονός που εξασφαλίζει διάρκεια ζωής μπαταρίας έως και 7 χρόνια, παρέχουμε 2 χρόνια εγγύηση για τις μπαταρίες ALIANT. Κατά μέσο όρο, η μπαταρία έχει σχεδιαστεί για 12.000 εκκινήσεις εκκίνησης.

υψηλό ρεύμα περιστροφής εκκίνησης, στους -18 C η μπαταρία παρέχει στη μίζα ισχύ που αντιστοιχεί σε μια μέση νέα μπαταρία μολύβδου, αλλά στους +23 C η ισχύς που μπορεί να τροφοδοτηθεί στη μίζα είναι διπλάσια από αυτή μιας μπαταρίας μολύβδου. Η υψηλή απόδοση ισχύος γίνεται αμέσως αισθητή κατά την εκκίνηση του κινητήρα, η μίζα περιστρέφεται γρήγορα, όπως σε μια νέα μπαταρία μολύβδου

βάρος - Οι μπαταρίες ALIANT είναι 5 φορές ελαφρύτερες από τις μπαταρίες μολύβδου

• Διαστάσεις - οι μπαταρίες είναι 3 φορές μικρότερες από τις αναλογικές μολύβδου, επομένως μόνο 3 μπαταρίες καλύπτουν ολόκληρη τη γκάμα μοντέλων μοτοσυκλετών

γρήγορη φόρτιση - κατά μέσο όρο, οι μπαταρίες φορτίζονται 50% μέσα στα πρώτα 2 λεπτά, 100% φόρτιση μέσα σε 30 λεπτά, αυτό σημαίνει ότι μετά από 30 λεπτά διαδρομής η μπαταρία φορτίζεται 100%, δηλ. στην πραγματικότητα η μπαταρία σας είναι πάντα φορτισμένη 100%.

σταθερή τάση εκφόρτισης - κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης, η μπαταρία διατηρεί τάση κοντά στα 13,2 V μέχρι την τελευταία στιγμή, στη συνέχεια, μετά την εκφόρτιση, εμφανίζεται μια απότομη πτώση της τάσης - μια μπαταρία με το 40% της φόρτισης που απομένει θα γυρίσει γρήγορα τη μίζα

σταθερή τάση εκφόρτισης - κατά την εκφόρτιση η μπαταρία διατηρεί μια τάση κοντά στα 13,2 V μέχρι το τέλος, και στη συνέχεια, μετά την εκφόρτιση, εμφανίζεται μια απότομη πτώση της τάσης

• Η μπαταρία αυτοαποφορτίζεται λιγότερο από 0,05% την ημέρα, δηλ. μπορεί εύκολα να σταθεί στο ράφι για ένα χρόνο χωρίς επαναφόρτιση και χωρίς να χάσει τα χαρακτηριστικά του, να ξεκινήσει τον κινητήρα και στη συνέχεια να φορτίσει σε κατάσταση κοντά στο 100%
• μπορεί να είναι σε κατάσταση αποφόρτισης χωρίς σοβαρές συνέπειες για την επακόλουθη απόδοση, το όριο εκφόρτισης είναι 9,5 V, εφόσον η τάση στους ακροδέκτες της μπαταρίας δεν πέσει κάτω από 9,5 V - η μπαταρία μπορεί να φορτιστεί και να επιστρέψει στην αρχική της κατάσταση

εργασία σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Δώσαμε ιδιαίτερη έμφαση στην απόδοση της μπαταρίας σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, ορισμένοι έμπειροι μοτοσικλετιστές που έχουν χρησιμοποιήσει μπαταρίες LFP από άλλους κατασκευαστές, έχουν παρατηρήσει ότι η απόδοση των μπαταριών LFP πέφτει απότομα με τη θερμοκρασία. Έτσι, στους +3 μοίρες, δεν υπάρχει πλέον έντονη περιστροφή της μίζας, αλλά στο μείον, η μπαταρία "κοιμάται" και θα ξυπνήσει μόνο μετά την προθέρμανση, καθώς απελευθερώνεται ενέργεια. Χάρη στην ειδική χημεία, οι μπαταρίες μας δεν έχουν αυτό το μειονέκτημα. Αν και η ισχύς που παρέχουν οι μπαταρίες στους -18 C πέφτει σχεδόν 2 φορές, εξακολουθεί να είναι αρκετή για να στρίψετε έντονα τη μίζα. Η μπαταρία έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί σε θερμοκρασίες έως -30C σε θερμοκρασίες από -3 και άνω, οι μπαταρίες έχουν υπερβολική ισχύ. Στο εύρος θερμοκρασίας από -18 έως -30 C, η μπαταρία θα γυρίσει τη μίζα, αλλά θα αισθάνεται σαν μια μισοεκφορτισμένη μπαταρία μολύβδου.

Λειτουργεί σε οποιαδήποτε θέση, δεν υπάρχουν υγρά στην μπαταρία, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε οποιαδήποτε θέση, όπως και οι μπαταρίες gel

• ομοιόμορφη φόρτιση και των 4 στοιχείων στο εσωτερικό χρησιμοποιώντας τον ελεγκτή BMS (Battery Management System) που είναι ενσωματωμένος στην μπαταρία. Μέσα στην μπαταρία υπάρχουν 4 στοιχεία συνδεδεμένα σε σειρά, το καθένα 3,3 V, ονομαστική τάση 13,3 V, ωστόσο, η μπαταρία φορτίζεται μέσω 2 ακροδεκτών. Αυτή η μέθοδος φόρτισης είναι κατάλληλη για μπαταρίες μολύβδου, αλλά δεν είναι κατάλληλη για LFP - τα εσωτερικά στοιχεία παραμένουν πάντα υποφορτισμένα, γεγονός που αυξάνει την πιθανότητα αστοχίας τους, έτσι ώστε τα στοιχεία LFP σε μια σειρά σύνδεσης να φορτίζονται ομοιόμορφα, ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα είναι ενσωματωμένο στην μπαταρία που κατανέμει ομοιόμορφα τη φόρτιση που έρχεται στους 2 ακροδέκτες σε 4 στοιχεία στο εσωτερικό της μπαταρίας

ευρύ φάσμα θερμοκρασιών - από -30C έως +60C

Θεμελιώδεις φυσικές διαφορές μεταξύ μπαταριών LiFePO4 και αναλόγων μολύβδου

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι μπαταρίες LiFePO4 και οι μπαταρίες μολύβδου έχουν διαφορετική χημεία και για να κατανοήσετε την μπαταρία σας πρέπει να γνωρίζετε ποιες είναι οι διαφορές.

Η κύρια διαφορά αφορά τη χωρητικότητα. Μπορείτε να κατανοήσετε τις διαφορές στις μπαταρίες χρησιμοποιώντας ένα παράδειγμα: εάν συνδέσετε τη μίζα σε μια μπαταρία LiFEP04 και σε μια μπαταρία μολύβδου και αρχίσετε να την περιστρέφετε, τότε η μπαταρία LiFEPO4 θα γυρίσει τη μίζα σχεδόν 1,5 φορές περισσότερο, πρακτικά χωρίς μείωση η ταχύτητα περιστροφής από μια μπαταρία μολύβδου-οξέος, εάν εάν έχετε χρησιμοποιήσει στο παρελθόν μπαταρίες μολύβδου-οξέος, τότε μέχρι την τελευταία στιγμή θα έχετε την εντύπωση ότι έχει απομείνει πολύ φόρτιση στην μπαταρία, αλλά η μπαταρία, στην πραγματικότητα, μπορεί να είναι ήδη σχεδόν αποφορτισμένη, η πτώση της ταχύτητας περιστροφής δεν θα συμβεί ομαλά, όπως στην περίπτωση μιας μπαταρίας μολύβδου-οξέος, αλλά θα συμβεί απότομα μετά από πτώση τάσης κάτω από 12 V. Εάν πάρετε μια μπαταρία μολύβδου 7 A/h και μια μπαταρία LiFEPO4 παρόμοιας χωρητικότητας, τότε ο αριθμός των περιστροφών του εκκινητή (ουσιαστικά το φορτίο) μέχρι την πλήρη εξάντληση στα πρώτα 10 λεπτά θα είναι πολύ μεγαλύτερος για το LiFEP04, αλλά πάνω από Τα επόμενα 5 λεπτά η μπαταρία θα εξαντληθεί, ενώ η μπαταρία μολύβδου μπορεί να γυρίσει τη μίζα για έως και 20 λεπτά. Έτσι, σε όλες τις πρακτικές περιπτώσεις ζωής σε θερμοκρασίες από -18 C, η μπαταρία LiFEPO4 υπερτερεί των μπαταριών μολύβδου, εκτός από την περίπτωση που η γεννήτρια αστοχεί. Σε αυτήν την περίπτωση, χωρίς γεννήτρια, μια μπαταρία μολύβδου μπορεί να διαρκέσει περισσότερο από το LiFePO4.

υπέρταση. Όταν η τάση φόρτισης υπερβαίνει το επιτρεπόμενο όριο, οι μπαταρίες LiFEPO4 και μολύβδου-οξέος συμπεριφέρονται διαφορετικά. Η μπαταρία μολύβδου-οξέος αρχίζει να βράζει. Μη αναστρέψιμες χημικές αντιδράσεις συμβαίνουν στις μπαταρίες LIFEPO4. Δεν υπάρχει καμία μοτοσυκλέτα στην αγορά που να παρέχει τάση που μπορεί να βλάψει την μπαταρία LIFEPO4, ωστόσο, σε πολύ σπάνιες περιπτώσεις, όταν το ρελέ του ρυθμιστή αποτυγχάνει με τέτοιο τρόπο ώστε η τάση στους ακροδέκτες της μπαταρίας να κυμαίνεται από 15 έως 60 V - το Η μπαταρία LIFEP04 θα καταστραφεί.

θερμοκρασία. Στις μπαταρίες LIFEP04 δεν αρέσουν οι χαμηλές θερμοκρασίες, στις μπαταρίες μας χρησιμοποιούμε ειδικά στοιχεία που μπορούν να λειτουργήσουν σε θερμοκρασίες έως -30 C, ωστόσο, μετά τους -18 C η απόδοση της μπαταρίας LIFEPO4 πέφτει με τέτοιο τρόπο ώστε η μπαταρία μολύβδου να παράγει περισσότερη ισχύ από τη δική μας . Αν δεν υπήρχε η ιδιαίτερη χημεία στα στοιχεία, τότε ήδη στους +4 βαθμούς LIFEPO4 η μπαταρία θα έχανε απόδοση.

Κάντε μια ερώτηση για υποστήριξη: Αυτή η διεύθυνση ηλεκτρονικού ταχυδρομείου προστατεύεται από κακόβουλη χρήση. Πρέπει να έχετε ενεργοποιημένη τη JavaScript για να το δείτε.

Σήμερα υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός μπαταριών με διαφορετικούς τύπους χημείας. Οι πιο δημοφιλείς μπαταρίες σήμερα είναι ιόντων λιθίου. Σε αυτήν την ομάδα ανήκουν και οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου (σιδηροφωσφορικό). Εάν όλες οι μπαταρίες που ανήκουν σε αυτήν την κατηγορία είναι γενικά παρόμοιες μεταξύ τους ως προς τα τεχνικά χαρακτηριστικά, τότε οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου έχουν τα δικά τους μοναδικά χαρακτηριστικά που τις διακρίνουν από άλλες μπαταρίες που κατασκευάζονται με τεχνολογία ιόντων λιθίου.

Η ιστορία της ανακάλυψης της μπαταρίας φωσφορικού σιδήρου λιθίου

Ο εφευρέτης της μπαταρίας LiFePO4 είναι ο John Goodenough, ο οποίος εργάστηκε το 1996 στο Πανεπιστήμιο του Τέξας για να δημιουργήσει ένα νέο υλικό καθόδου για μπαταρίες ιόντων λιθίου. Ο καθηγητής κατάφερε να δημιουργήσει ένα υλικό που είναι φθηνότερο, έχει λιγότερη τοξικότητα και υψηλή θερμική σταθερότητα. Μεταξύ των μειονεκτημάτων της μπαταρίας, που χρησιμοποιούσε τη νέα κάθοδο, ήταν η χαμηλότερη χωρητικότητα.

Κανείς δεν ενδιαφέρθηκε για την εφεύρεση του John Goodenough, αλλά το 2003, η εταιρεία A 123 Systems αποφάσισε να αναπτύξει αυτήν την τεχνολογία, θεωρώντας την αρκετά υποσχόμενη. Πολλές μεγάλες εταιρείες έχουν γίνει επενδυτές σε αυτήν την τεχνολογία - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.

Χαρακτηριστικά των μπαταριών LiFePO4

Η τάση της μπαταρίας σιδηροφωσφορικών είναι η ίδια με αυτή άλλων μπαταριών που σχετίζονται με τεχνολογία ιόντων λιθίου. Η ονομαστική τάση εξαρτάται από τις διαστάσεις της μπαταρίας (μέγεθος, συντελεστής μορφής). Για μπαταρίες 18 650 αυτό είναι 3,7 βολτ, για 10 440 (μπαταρίες μικρού δακτύλου) - 3,2, για 24 330 - 3,6.

Για όλες σχεδόν τις μπαταρίες, η τάση πέφτει σταδιακά κατά την εκφόρτιση. Ένα από τα μοναδικά χαρακτηριστικά είναι η σταθερότητα της τάσης κατά τη λειτουργία των μπαταριών LiFePO4. Τα χαρακτηριστικά τάσης παρόμοια με αυτά έχουν μπαταρίες κατασκευασμένες με τεχνολογία νικελίου (νικέλιο-κάδμιο, νικέλιο-υδρίδιο μετάλλου).

Ανάλογα με το μέγεθος, μια μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου μπορεί να αποδίδει από 3,0 έως 3,2 βολτ μέχρι να αποφορτιστεί πλήρως. Αυτή η ιδιότητα δίνει σε αυτές τις μπαταρίες περισσότερα πλεονεκτήματα όταν χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα, αφού πρακτικά εξαλείφει την ανάγκη ρύθμισης τάσης.

Η τάση πλήρους εκφόρτισης είναι 2,0 βολτ, που είναι το χαμηλότερο καταγεγραμμένο όριο εκφόρτισης από οποιαδήποτε μπαταρία τεχνολογίας λιθίου. Αυτές οι μπαταρίες είναι κορυφαίοι στη διάρκεια ζωής, που ισοδυναμεί με 2000 κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης. Λόγω της ασφάλειας της χημικής τους δομής, οι μπαταρίες LiFePO4 μπορούν να φορτιστούν χρησιμοποιώντας μια ειδική μέθοδο επιταχυνόμενης δέλτα V, όταν παρέχεται υψηλό ρεύμα στην μπαταρία.

Πολλές μπαταρίες δεν αντέχουν τη φόρτιση χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, γεγονός που οδηγεί σε υπερβολική θέρμανση και ζημιά. Στην περίπτωση των μπαταριών φωσφορικού σιδήρου λιθίου, η χρήση αυτής της μεθόδου όχι μόνο είναι δυνατή, αλλά και συνιστάται. Επομένως, υπάρχουν ειδικοί φορτιστές ειδικά για τη φόρτιση τέτοιων μπαταριών. Φυσικά, τέτοιοι φορτιστές δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μπαταρίες με άλλη χημεία. Ανάλογα με τον παράγοντα μορφής, οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου σε τέτοιους φορτιστές μπορούν να φορτιστούν πλήρως σε 15-30 λεπτά.

Οι πρόσφατες εξελίξεις στον τομέα των μπαταριών LiFePO4 προσφέρουν στον χρήστη μπαταρίες με βελτιωμένο εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας. Ενώ η τυπική σειρά για μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι να λειτουργούν από -20 έως +20 βαθμούς Κελσίου, οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου μπορούν να λειτουργήσουν τέλεια στην περιοχή από -30 έως +55. Η φόρτιση ή η αποφόρτιση της μπαταρίας σε θερμοκρασίες πάνω ή κάτω από αυτές που περιγράφονται θα προκαλέσει σοβαρή ζημιά στην μπαταρία.

Οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου είναι πολύ λιγότερο επιρρεπείς στη γήρανση από άλλες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Η γήρανση είναι η φυσική απώλεια χωρητικότητας με την πάροδο του χρόνου, ανεξάρτητα από το αν η μπαταρία χρησιμοποιείται ή βρίσκεται σε ράφι. Συγκριτικά, όλες οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χάνουν περίπου το 10% της χωρητικότητάς τους κάθε χρόνο. Ο φωσφορικός σίδηρος λιθίου χάνει μόνο 1,5%.

Ένα από τα μειονεκτήματα αυτών των μπαταριών είναι η χαμηλότερη χωρητικότητά τους, η οποία είναι 14% μικρότερη (ή περίπου) από αυτή άλλων μπαταριών ιόντων λιθίου.

Ασφάλεια μπαταρίας σιδηροφωσφορικού

Αυτός ο τύπος μπαταρίας θεωρείται ένας από τους ασφαλέστερους μεταξύ όλων των υπαρχόντων τύπων μπαταριών. Το LiFePO4 έχει πολύ σταθερή χημεία και μπορεί να αντέχει καλά φορτία κατά την εκφόρτιση (σε λειτουργία χαμηλής αντίστασης) και τη φόρτιση (όταν φορτίζει την μπαταρία με υψηλά ρεύματα).

Λόγω του γεγονότος ότι τα φωσφορικά άλατα είναι χημικά ασφαλή, αυτές οι μπαταρίες ανακυκλώνονται ευκολότερα αφού εξαντλήσουν τη διάρκεια ζωής τους. Πολλές μπαταρίες που περιέχουν επικίνδυνες χημικές ουσίες (όπως λίθιο-κοβάλτιο) πρέπει να υποβληθούν σε πρόσθετες διαδικασίες ανακύκλωσης για να μειωθεί ο περιβαλλοντικός κίνδυνος.

Φόρτιση μπαταριών φωσφορικού σιδήρου λιθίου

Ένας από τους λόγους για το εμπορικό ενδιαφέρον των επενδυτών για τη χημεία σιδηροφωσφορικών αλάτων ήταν η δυνατότητα ταχείας φόρτισης που προκύπτει από τη σταθερότητά της. Αμέσως μετά την οργάνωση της παραγωγής της γραμμής συναρμολόγησης των μπαταριών LiFePO4, τοποθετήθηκαν ως μπαταρίες που μπορούσαν να φορτιστούν γρήγορα.

Για το σκοπό αυτό άρχισαν να παράγονται ειδικοί φορτιστές. Όπως ήδη γράφτηκε παραπάνω, τέτοιοι φορτιστές δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε άλλες μπαταρίες, καθώς αυτό θα προκαλέσει υπερθέρμανση και σοβαρή ζημιά.

Μια ειδική συσκευή για αυτές τις μπαταρίες μπορεί να τις φορτίσει σε 12-15 λεπτά. Οι μπαταρίες σιδηροφωσφορικών μπορούν επίσης να φορτιστούν με συμβατικούς φορτιστές. Υπάρχουν επίσης συνδυασμένες επιλογές φορτιστή και με τους δύο τρόπους φόρτισης. Η καλύτερη επιλογή, φυσικά, θα ήταν η χρήση έξυπνων φορτιστών με πολλές επιλογές που ρυθμίζουν τη διαδικασία φόρτισης.

Σχέδιο μπαταρίας φωσφορικού σιδήρου λιθίου

Η μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου LiFePO4 δεν έχει ιδιαίτερα χαρακτηριστικά στην εσωτερική της δομή σε σύγκριση με τις αντίστοιχες στη χημική τεχνολογία. Μόνο ένα στοιχείο άλλαξε - η κάθοδος, από φωσφορικό σίδηρο. Το υλικό της ανόδου είναι λίθιο (όλες οι μπαταρίες τεχνολογίας ιόντων λιθίου έχουν άνοδο λιθίου).

Η λειτουργία οποιασδήποτε μπαταρίας βασίζεται στην αναστρεψιμότητα μιας χημικής αντίδρασης. Διαφορετικά, οι διεργασίες που συμβαίνουν μέσα στην μπαταρία ονομάζονται διαδικασίες οξείδωσης και αναγωγής. Οποιαδήποτε μπαταρία αποτελείται από ηλεκτρόδια - μια κάθοδο (μείον) και μια άνοδο (συν). Επίσης μέσα σε οποιαδήποτε μπαταρία υπάρχει ένας διαχωριστής - ένα πορώδες υλικό εμποτισμένο με ένα ειδικό υγρό - ηλεκτρολύτη.

Όταν η μπαταρία αποφορτιστεί, τα ιόντα λιθίου μετακινούνται μέσω του διαχωριστή από την κάθοδο προς την άνοδο, απελευθερώνοντας το συσσωρευμένο φορτίο (οξείδωση). Κατά τη φόρτιση μιας μπαταρίας, τα ιόντα λιθίου κινούνται προς την αντίθετη κατεύθυνση από την άνοδο προς την κάθοδο, συσσωρεύοντας φορτίο (μείωση).

Τύποι μπαταριών φωσφορικού σιδήρου λιθίου

Τα πάντα σε αυτή τη χημεία μπορούν να χωριστούν σε τέσσερις κατηγορίες:

• Γεμάτες μπαταρίες.
• Μεγάλα κύτταρα με τη μορφή παραλληλεπίπεδων.
• Μικρές κυψέλες σε μορφή παραλληλεπίπεδων (πρισματικές - μπαταρίες LiFePO4 3,2 V).
• Μικρές επίπεδες μπαταρίες (πακέτα).
• Κυλινδρικές μπαταρίες.

Οι μπαταρίες και οι κυψέλες φωσφορικού σιδήρου λιθίου μπορούν να έχουν διαφορετικές τιμές τάσης από 12 έως 60 βολτ. Από πολλές απόψεις, είναι μπροστά από τους παραδοσιακούς κύκλους εργασίας, πολύ υψηλότερα, το βάρος είναι αρκετές φορές χαμηλότερο και επαναφορτίζονται αρκετές φορές πιο γρήγορα.

Οι κυλινδρικές μπαταρίες που χρησιμοποιούν αυτή τη χημεία χρησιμοποιούνται τόσο ξεχωριστά όσο και σε κύκλωμα. Οι διαστάσεις αυτών των κυλινδρικών μπαταριών είναι πολύ διαφορετικές: από 14.500 (τύπου στυλό) έως 32.650.

Μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου

Οι μπαταρίες σιδηροφωσφορικού για ποδήλατα και ηλεκτρικούς κύκλους αξίζουν ιδιαίτερης προσοχής. Με την εφεύρεση της νέας καθόδου σιδήρου-φωσφορικού, μαζί με άλλους τύπους μπαταριών που βασίζονται σε αυτή τη χημεία, κυκλοφόρησαν ειδικές μπαταρίες, οι οποίες, λόγω των βελτιωμένων χαρακτηριστικών και του χαμηλότερου βάρους τους, μπορούν να χρησιμοποιηθούν άνετα ακόμη και σε συνηθισμένα ποδήλατα. Τέτοιες μπαταρίες κέρδισαν αμέσως δημοτικότητα μεταξύ των οπαδών της αναβάθμισης των ποδηλάτων τους.

Οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου είναι ικανές να παρέχουν πολλές ώρες ξέγνοιαστης ποδηλασίας, γεγονός που τις καθιστά άξιους ανταγωνιστές των κινητήρων εσωτερικής καύσης, οι οποίοι επίσης τοποθετούνταν συχνά σε ποδήλατα στο παρελθόν. Συνήθως, για αυτούς τους σκοπούς χρησιμοποιούνται μπαταρίες LiFePO4 48v, αλλά είναι δυνατή η αγορά μπαταριών 25, 36 και 60 βολτ.

Εφαρμογή μπαταριών σιδηροφωσφορικών

Ο ρόλος της μπαταρίας σε αυτή τη χημεία είναι ξεκάθαρος χωρίς σχόλια. Τα Prismatics χρησιμοποιούνται για διαφορετικούς σκοπούς - μπαταρίες LiFePO4 3,2 v. Μεγαλύτερες κυψέλες χρησιμοποιούνται ως στοιχεία για ηλιακή ενέργεια και ανεμογεννήτριες. Οι μπαταρίες σιδηροφωσφορικών χρησιμοποιούνται ενεργά στο σχεδιασμό ηλεκτρικών οχημάτων.

Οι μικρές επίπεδες μπαταρίες χρησιμοποιούνται για τηλέφωνα, φορητούς υπολογιστές και υπολογιστές tablet. Κυλινδρικές μπαταρίες διαφορετικών παραγόντων μορφής χρησιμοποιούνται για ηλεκτρονικά τσιγάρα, ραδιοελεγχόμενα μοντέλα κ.λπ.