Nykyaikainen elektroniikka asettaa yhä korkeammat vaatimukset energialähteiden teholle ja kapasiteetille. Vaikka nikkeli-kadmium- ja nikkeli-metallihydridiakut lähestyvät teoreettisia rajojaan, litiumioniteknologiat ovat vasta alussa
Li-Fe (litiumfosfaatti) akut erottuvat paitsi suuresta kapasiteetistaan myös nopeasta latauksestaan. Vain 15 minuutissa voit ladata akun täyteen. Lisäksi tällaiset akut mahdollistavat 10 kertaa enemmän lataus- ja purkausjaksoja kuin perinteiset mallit. Li-Fe-akun ideana on aktivoida litiumionivaihto elektrodien välillä. Nanohiukkasten avulla oli mahdollista kehittää elektrodien vaihtopintaa ja saada intensiivisempi ionivirtaus. Estääkseen liiallisen kuumenemisen ja elektrodien mahdollisen räjähdyksen kehitystyön tekijät käyttivät katodeissa litium/rautafosfaattia litium/kobolttioksidin sijaan. Uuden materiaalin riittämätön sähkönjohtavuus kompensoidaan lisäämällä siihen alumiinin, mangaanin tai titaanin nanohiukkasia.
Li-Fe-akkujen lataamiseen on käytettävä erityistä laturia, jossa on merkintä, että tämäntyyppinen laturi pystyy toimimaan Li-Fe-akkujen kanssa, muuten tuhoat akun!
Edut
- Turvallinen, kestävä kotelo, toisin kuin Li-Po-akkukotelot
- Erittäin nopea lataus (7A virralla, täyteen 15 minuutissa!!!)
- Erittäin korkea lähtövirta 60A - käyttötila; 132A - lyhytaikainen tila (jopa 10 sekuntia)
- Itsepurkaus 3 % 3 vuoden ajan
- Työskentele kylmässä (-30 asteeseen asti) menettämättä käyttöominaisuuksia
- MTBF 1000 sykliä (kolme kertaa enemmän kuin nikkeliakut)
Vikoja
- Vaatii erityisen laturin (ei yhteensopiva LiPo-laturien kanssa)
- Raskaampi kuin Li-Po
Hieman historiaa
Li-ion-akut ovat kapasiteetiltaan kaksi kertaa suurempia kuin NiMH-akut ja lähes kolme kertaa suuremmat tehotiheydeltään. Li-ionin energiatiheys on kolme kertaa suurempi kuin NiMH. Li-ion kestää erittäin suuria purkausvirtoja, joita NiMH-akut eivät voi kestää edes teoreettisesti. NiMH:t eivät myöskään sovellu tehokkaille kannettaville instrumenteille, joille on ominaista korkea pulssikuorma, latautuminen kestää kauan ja yleensä "elävät" enintään 500 jaksoa. NiMH:n varastointi on toinen tärkeä ongelma. Nämä akut kärsivät erittäin korkeasta itsepurkautumisesta - jopa 20% kuukaudessa, kun taas Li-ionin kohdalla tämä luku on vain 2-5%. NiMH-akkuihin kohdistuu niin sanottu muistiefekti, joka on myös ominaista NiCd-akuille.
Mutta Li-ion-akuilla on myös haittapuolensa. Ne ovat erittäin kalliita ja vaativat monimutkaisen monitasoisen elektronisen ohjausjärjestelmän, koska niillä on taipumus peruuttamattomasti huonontua, jos ne puretaan liian syvälle tai syttyvät itsestään suurilla kuormituksilla. He ovat tämän velkaa pääelektrodin materiaalille - litiumkoboltaatille (LiCoO2). Tiedemiehet ovat kamppailleet useita vuosia löytääkseen korvaavan koboltin. Ehdokkaita tulevaisuuden pääelektrodimateriaalin asemaan ovat erilaiset litiumyhdisteet - manganaatit, titanaatit, stannaatit, silikaatit ja muut. Mutta nykyään kiistaton suosikki on litiumferrofosfaatti Li-Fe, jonka ensimmäisen kerran hankki vuonna 1996 professori John Goodenough Texasin yliopistosta. Pitkän aikaa tämä aihe keräsi pölyä hyllylle, sillä Li-Fe ei ollut muuta kuin halpa ja sen potentiaali jäi tutkimatta. Kaikki muuttui vuonna 2003 A123 Systemsin myötä.
Li-Fe-akkujen ominaisuudet
Kuten kaikilla Li-Fe-akuilla, sillä on useita sähköisiä perusparametreja:
Täysin ladatun kennojännite: Li-Fe:lle se on noin 3,65 V Tämän tekniikan erityispiirteiden vuoksi nämä elementit eivät kovinkaan pelkää ylilatausta (se ei ainakaan aiheuta tulipaloa ja räjähdystä, kuten tapahtuu litiumkoboltaatti Li-ion, Li- pol) vaikka valmistajat On erittäin suositeltavaa olla lataamatta yli 3,9 V ja vain muutama lataus jopa 4,2 V koko elementin käyttöiän aikana.
Täysin purkautunut kennojännite: Tässä valmistajan suositukset eroavat jonkin verran, jotkut suosittelevat elementtien purkamista 2,5 V:iin, jotkut 2,0 V:iin. Mutta joka tapauksessa, kaikentyyppisten akkujen käytön perusteella on todettu, että mitä matalampi purkaussyvyys on, sitä enemmän jaksoja tämä akku kestää ja energiamäärä, joka putoaa akun viimeiseen 0,5 V:iin. purkaus (Li-Fe) on vain muutama prosentti sen kapasiteetista.
Keskipisteen jännite: Tämän tekniikan elementtien osalta eri valmistajat vaihtelevat (väitetty) 3,2 V:sta 3,3 V:iin. Keskipistejännite on purkauskäyrän perusteella laskettu jännite, joka on tarkoitettu akun kokonaiskapasiteetin laskemiseen, joka ilmaistaan Wh (wattitunteina) Tätä varten keskipistejännite kerrotaan nykyisellä kapasiteetilla Esimerkiksi sinulla on kenno, jonka kapasiteetti on 1,1 Ah ja keskipisteen jännite on 3,3 V, jolloin sen kokonaiskapasiteetti on 3,3 * 1,1 = 3,65 Wh. (Monet ihmiset sekoittavat usein keskipistejännitteen täyteen ladatun kennojännitteeseen.)
Tässä yhteydessä haluaisin kiinnittää huomion akkujen suorituskykyominaisuuksiin tai tarkemmin sanottuna 36V ja 48V Li-Fe-akkujen keskipistejännitteeseen. Joten 36V ja 48V jännitteet ilmoitetaan ehdollisesti suhteessa lyijyakkuon, joka on monille tutumpi, tai tarkemmin sanottuna 3 tai 4 sarjaan kytketyn 12V lyijyakun keskipisteen jännitteeseen. 36V Li-Fe akussa on 12 sarjaan kytkettyä kennoa (elementtiä), mikä on 3,2*12=38,4V (48V akulla 3,2*16=51,2V), mikä on hieman korkeampi kuin lyijyakkujen keskimääräiset pisteet, eli samalla kapasiteetilla (Ah) Li-Fe-akulla on suurempi kokonaiskapasiteetti kuin lyijyakulla.
Tällä hetkellä Li-Fe-kennojen tuotannon päätuotantopaikka on Kiina. Siellä on sekä tunnettujen yritysten (A123System, BMI) että tuntemattomien yritysten tehtaita. Monet valmiiden akkujen myyjät (jotka myyvät niitä vähittäiskaupassa) väittävät olevansa myös itse kennojen valmistajia, mikä ei ole totta. Suuret elementtien valmistajat, jotka tuottavat miljoonia kappaleita vuodessa, eivät ole kiinnostuneita työskentelemään vähittäisasiakkaiden kanssa ja jättävät yksinkertaisesti huomiotta kymmenien elementtien myyntiä koskevat kysymykset tai tarjoavat ostoksia useiden tuhansien kappaleiden määrissä. On myös pieniä yrityksiä, joissa puolikäsityöelementtejä valmistetaan pienissä erissä, mutta tällaisten elementtien laatu on erittäin alhainen, mikä johtuu laadukkaiden materiaalien, laitteiden puutteesta ja alhaisesta teknologisesta kurinalaisuudesta. Tällaisilla elementeillä on erittäin suuri kapasiteetin ja sisäisen vastuksen vaihtelu jopa yhden erän sisällä. Myös valmiiden akkujen kokoamismarkkinoilla on suurten valmistajien valmistamia kennoja, mutta koska niitä ei ole hylätty tiettyjen parametrien mukaan (kapasiteetti, sisäinen vastus, jännitehäviö varastoinnin aikana), ne eivät pääse markkinoille ja on kierrätettävä. Nämä elementit muodostavat perustan pienten käsityöyritysten paristojen kokoamiselle. Suurin ero tällaisten elementtien ja suurten valmistajien valmistamien standardilaatuisten elementtien välillä on merkintöjen puuttuminen jokaisesta elementistä. Merkintä tehdään valmistajalla lopputestien aikana ja se toimii valmistajan, valmistuspäivän ja muutoksen tunnisteena. Nämä tiedot ovat välttämättömiä, jotta suuret valmistajat voivat edelleen seurata elementtien laatua käytön aikana ja valitusten yhteydessä löytääkseen ongelman syyn. Kuten itse ymmärrät, niille, jotka tuottavat elementtejä käsiteollisissa olosuhteissa, tällaisessa toiminnassa ei ole mitään järkeä.
Näiden linkkien avulla voit tarkastella tunnetuimpien elementtivalmistajien testejä:
- http://www.zeva.com.au/tech/LiFePO4.php
Mielenkiintoista on muuten, että tarkastustulosten perusteella lähes kaikki valmistajat väittävät käytettävissä olevaa suurempaa kapasiteettia (ainoa poikkeus on A123-järjestelmä), ja Huanyun kapasiteetti on yleensä neljänneksen ilmoitettua pienempi.
Odottamaton löytö
A123 Systems on epätavallinen yritys. Keskusteluissa sen työntekijät tavallisista insinööreistä presidenttiin toistelevat usein yhtä lausetta, jota et usein kuule nykyään: "Olemme vasta tien alussa. Kun olemme kävelleet sitä pitkin loppuun asti, muutamme maailman!” A123 Systemsin historia alkoi vuoden 2000 lopulla Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) professori Yet Min Changin laboratoriossa. Chang, joka oli työskennellyt pitkään Li-ion-teknologian parissa, löysi hämmästyttävän ilmiön melkein vahingossa. Akun rakenne alkoi toistaa itseään tietyllä vaikutuksella elektrodimateriaalien kolloidiseen liuokseen! Veto- ja hylkimisvoimat riippuivat monista tekijöistä - itse hiukkasten koosta, muodosta ja lukumäärästä, elektrolyytin ominaisuuksista, sähkömagneettisesta kentästä ja lämpötilasta. Chang suoritti yksityiskohtaisia tutkimuksia elektrodin nanomateriaalien fysikaalis-kemiallisista ominaisuuksista ja määritti perusparametrit spontaanin itseorganisoitumisprosessin käynnistämiseksi. Tuloksena saatujen akkujen ominaiskapasiteetti oli kolmanneksen suurempi kuin tavanomaisten litiumkoboltaattiakkujen, ja ne kestivät satoja lataus-purkausjaksoja. Luonnollisesti syntynyt elektrodien mikrorakenne mahdollisti aktiivisen kokonaispinta-alan kasvattamisen suuruusluokkaa ja nopeuttaa ioninvaihtoa, mikä puolestaan lisäsi akun kapasiteettia ja suorituskykyä.
Changin menetelmän mukainen itseorganisaatio on seuraava: kobolttioksidin ja grafiitin nanohiukkasten seos asetetaan tulevan akun runkoon, lisätään elektrolyyttiä ja luodaan tarvittavat ulkoiset olosuhteet - lämpötila, sähkömagneettinen kenttä ja paine. Kobolttioksidihiukkaset houkuttelevat toisiaan, mutta hylkivät grafiittihiukkasia. Prosessi jatkuu, kunnes veto- ja hylkimisvoimat saavuttavat tasapainon. Tämän seurauksena muodostuu anodi-katodi-pari, joka on täysin erotettu faasien välisellä elektrolyytillä. Nanohiukkasten identtisen koon ansiosta Chang pystyi luomaan akkunäytteitä tietyillä kapasiteetti- ja suorituskykyparametreilla laboratorio-olosuhteissa. Tämän ilmiön jatkotutkimus ja siihen perustuvan tuotantoteknologian kehittäminen lupasi upeita näkymiä. Changin laskelmien mukaan akun kapasiteetti voitaisiin kaksinkertaistaa olemassa oleviin analogeihin verrattuna ja kustannuksia voitaisiin puolittaa. Itseorganisaatiomenetelmä mahdollisti minkä tahansa muotoisen tulitikkupäätä pienempien akkujen luomisen, myös suoraan nykyisten kuluttajien sisällä.
Astu isoon liiketoimintaan
Tuolloin sähkökemian insinööri Bart Riley työskenteli American Semiconductorissa, joka valmisti laajan valikoiman puolijohteita. Hänellä oli Changin kanssa pitkä tuttavuus ja yhteiset tieteelliset kiinnostuksen kohteet. Kun Chang kertoi Rileylle odottamattomasta löydöstään, ajatus itseorganisaatioilmiöön perustuvan yrityksen perustamisesta syntyi lähes välittömästi. Mutta kummallakaan ei ollut aavistustakaan siitä, miten yrityksiä syntyy. A123 Systemsin kolmas perustaja oli Rick Fulap, yrittäjä, joka osaa muuttaa hyvät ideat suureksi rahaksi. 26-vuotiaana Fulap oli jo perustanut viisi yritystä tyhjästä ja käynnistänyt ne suurliiketoiminnaksi. Eräänä päivänä MIT:n tieteellisessä lehdessä Fulap törmäsi professori Changin artikkeliin litiumioniteknologiasta. Ymmärtämättä mitään lukemaansa Rick valitsi professorin puhelinnumeron. Vastauksena tarjoukseen ryhtyä hiilinanokuituliiketoimintaan, Chang vastasi, että hänellä oli parempi idea, eikä Fulap voinut nukkua ennen aamua.
Ensinnäkin kumppanit saivat MIT:ltä lisenssin akun itseorganisaatiotekniikan teolliseen käyttöön ja ostivat oikeudet Changin laboratoriossa hankittuun katodimateriaaliin – litiumrautafosfaattiin. Hänellä ei ollut mitään tekemistä itseorganisoitumisen ilmiön kanssa, mutta Fulap päätti, että oikeudet Li-Feen eivät vahingoittaisi. Älä anna hyvyyden mennä hukkaan! Lisäksi Chang sai erityisen apurahan jatkaakseen Li-Fen tutkimusta. Syyskuussa 2001 Rick Fulap vaelsi jo riskirahastoissa etsiessään rahastoja. Hän onnistui luomaan kilpailua sijoittajien kesken, ruokkien sitä yhä useammilla lehdistötiedotteilla Li-ion-akkujen fantastisista markkinanäkymistä.
Jo joulukuussa 2001 ensimmäiset 8 miljoonaa dollaria hyvitettiin yrityksen tileille Neljä kuukautta projektin aloittamisen jälkeen, huhtikuussa 2002, mobiilielektroniikan markkinajohtajat Motorola ja Qualcomm näkivät uudessa teknologiassa valtavan potentiaalin. Bart Riley muistaa hymyillen, kuinka Fulap hyppäsi Qualcommin varapresidentin Paul Jacobsin luo konferenssissa. Minuutin sisällä, melkein pitäen Jacobsia takkinsa käänteestä, Rick pystyi selittämään Jacobille selkeästi A123-tekniikan edut kilpailijoihinsa nähden, ja muutamaa sekuntia myöhemmin hän esitti suorasanaisen kysymyksen - investoi tänään, huomenna se on liian myöhään! Ja muutaman päivän kuluttua Jacobs teki oikean päätöksen. Pian A123:n sijoittajia olivat: kuuluisa yritys Sequoia Capital, jonka rahoilla aikoinaan loivat Googlen ja Yahoon, General Electricin, Procter & Gamblen ja monia muita suuria yrityksiä.
Varaa laskuvarjo
Vuoden 2003 alkuun mennessä työ oli pysähtynyt. Kävi ilmi, että lupaava tekniikka toimii vain osittain - itseorganisaatioprosessi osoittautui epävakaaksi. Vakavia vaikeuksia on ilmennyt kooltaan ja ominaisuuksiltaan tasaisten elektrodin nanomateriaalihiukkasten tuottamiseksi. Tämän seurauksena tuotteen suorituskyky vaihteli erinomaisesta käyttökelvottomaan. Saatujen paristojen käyttöikä oli huomattavasti huonompi kuin olemassa olevien analogien elektrodien kidehilan heikkouden vuoksi. Se yksinkertaisesti romahti useiden purkausjaksojen aikana. Chang tajusi, että ihanteellisten akkujen teollisen teknologian luominen oli vielä hyvin kaukana. Projekti räjähtää saumoista...
Siihen mennessä litiumferrofosfaatin käsittely oli tuottanut odottamattomia tuloksia. Aluksi rautafosfaatin sähköiset ominaisuudet näyttivät hyvin vaatimattomilta. Li-Fe:n etuja LiCoO2:een verrattuna olivat sen myrkyttömyys, alhaiset kustannukset ja pienempi lämpöherkkyys. Muuten ferrofosfaatti oli huomattavasti huonompi kuin koboltaatti - 20 % energiaintensiteetiltä, 30 % tuottavuudella ja käyttöjaksojen lukumäärällä. Tämä tarkoittaa, että akku, jonka katodi on valmistettu ensisijaisesta Li-Fe:stä, ei sovellu mobiilielektroniikkaan, jossa kapasiteetti on ensiarvoisen tärkeä. Ferrofosfaatti vaati syvää modifiointia. Chang alkoi kokeilla niobiumin ja muiden metallien lisäämistä elektrodirakenteeseen ja yksittäisten Li-Fe-hiukkasten koon pienentämistä sataan nanometriin. Ja materiaali on kirjaimellisesti muuttunut! Tuhansia kertoja kasvaneen aktiivisen pinta-alan ja kullan ja kuparin käyttöönoton myötä parantuneen sähkönjohtavuuden ansiosta nanorakenteisesta Li-Fe:stä tehdyn katodin akut ylittivät purkausvirroissa tavanomaiset kobolttiakut kymmenen kertaa. Elektrodien kiderakenne ei käytännössä kulunut ajan myötä. Metallien lisäys vahvisti sitä, kuten raudoitus vahvistaa betonia, joten akkujaksojen määrä kasvoi yli kymmenkertaiseksi - 7000:een! Itse asiassa tällainen akku voi selviytyä useista sen käyttämistä laitteista. Lisäksi Li-Fe:lle ei tarvinnut luoda mitään uutta tuotantoteknologiassa. Tämä tarkoitti, että Rileyn, Changin ja Fulapin valmistama tuote oli valmis välittömään massatuotantoon.
"Jos olet pieni yritys, jolla on rajoitettu rahoitus, sinulla on taipumus keskittyä yhteen asiaan", Riley sanoo. – Mutta kävi ilmi, että meillä oli taskussamme kaksi ideaa! Sijoittajat vaativat, että projektin alkuperäisen aiheen käsittelyä jatketaan ja nanofosfaatti jätetään parempiin aikoihin. Mutta teimme sen omalla tavallamme. Lähetimme pienen insinööriryhmän uuteen suuntaan. Heille annettiin erityinen tavoite - kehittää teknologia katodin nanomateriaalien teolliseen tuotantoon. Kuten myöhemmin kävi ilmi, tämä itsepäinen päätös pelasti koko projektin romahdukselta. Ensimmäisten ilmeisten nanofosfaatin menestysten jälkeen itseorganisaatiotyö hylättiin, mutta sitä ei unohdettu. Loppujen lopuksi historia saattaa joskus toistaa itseään juuri päinvastoin.
Teollisuuden jättiläinen
Kirjaimellisesti kuukausi tämän jälkeen A123 teki kohtalokkaan sopimuksen kuuluisan Black & Decker -yhtiön kanssa. Kävi ilmi, että Black & Decker oli kehittänyt uuden sukupolven rakentamiseen tarkoitettuja sähkötyökaluja useiden vuosien ajan - liikkuvia ja tehokkaita kannettavia laitteita. Mutta uuden tuotteen käyttöönotto viivästyi sopivan virtalähteen puutteen vuoksi. NiMH- ja NiCd-akut eivät sopineet yritykselle painon, koon ja suorituskykyominaisuuksien suhteen. Perinteiset Li-ion-akut olivat melko tilavia, mutta eivät tuottaneet suurta kuormitusvirtaa, ja nopeasti purkautuessaan ne kuumenivat niin, että ne saattoivat syttyä tuleen. Lisäksi niiden latausaika oli liian pitkä, ja kannettavan työkalun on oltava aina valmiina. A123-akut olivat ihanteellisia näihin tarkoituksiin. Ne olivat erittäin kompakteja, tehokkaita ja ehdottoman turvallisia. Latausaika 80 %:n kapasiteettiin oli vain 12 minuuttia, ja huippukuormituksilla Li-Fe-akut kehittivät virtaa enemmän kuin johtotyökalut! Lyhyesti sanottuna Black & Decker löysi juuri sen, mitä se etsi.
Siihen mennessä A123:ssa oli vain sentin kokoinen prototyyppiakku, ja Black & Decker tarvitsi miljoonia oikeita akkuja. Fulap ja Riley tekivät valtavasti työtä luodakseen omia tuotantolaitoksiaan ja aloittivat vuoden sisällä sopimuksen allekirjoittamisesta kaupallisten tuotteiden sarjatuotannon Kiinassa. Fulapin energia ja tahto sopimuksessa Black & Deckerin kanssa mahdollistivat A123:n nopean pääsyn suureen teollisuuspiiriin. Massachusettsin yritys on alle kuudessa vuodessa kasvanut puhtaasta ideasta suureksi tutkimus- ja tuotantokompleksiksi, jossa on kuusi tehdasta ja 900 työntekijää. Nykyään A123 Systemsillä on 120 sähkökemian patenttia ja patenttihakemusta, ja sen litiumioniteknologian tutkimuskeskusta pidetään Pohjois-Amerikan parhaana.
Mutta yritys ei lopu tähän. Viimeisen puolentoista vuoden aikana alkuperäisen nanofosfaatin ominaisuuksia on parannettu radikaalisti ja uusia elektrolyyttejä on kehitetty. Kehittyneempiä ja luotettavampia elektronisia latausohjausjärjestelmiä on luotu. Useita erityyppisiä akkupaketteja on kehitetty käytettäväksi eri tekniikan aloilla. Mutta tärkein askel eteenpäin on tietysti akun kehittäminen tulevalle Chevrolet Volt -hybridiautolle.
Akkujen tuotantoteknologiat eivät pysähdy ja Ni-Cd (nikkeli-kadmium) ja Ni-MH (nikkeli-metallihydridi) akut korvataan vähitellen markkinoilla akuilla...
Luettelo yrityksistä, jotka valmistavat litiumioniakkuja (Li-ion), litiumpolymeeriä (Li-Po), litiumfosfaattia (Li-Fe / LiFePO4) eri maissa. Valmistajan nimi Sijainti...
Nykyaikaiset laitteet muuttuvat päivä päivältä monimutkaisemmiksi ja tehokkaammiksi. Korkeat teknologiastandardit asettavat entistä enemmän vaatimuksia akuille, joiden on nyt yhdistettävä korkea suorituskyky, energiatehokkuus ja lisääntyneet energiavarat.
Uusien sähkölaitteiden käyttöönotto tuotantoon, teknologisen prosessin nopeuttaminen - kaikki tämä lisää energialähteiden vaatimuksia, eivätkä nykyaikaiset akut enää aina pysty täyttämään niitä. Tämän ongelman ratkaisemiseksi valmistajat ovat valinneet litiumioniteknologian parantamisen. Näin syntyi litiumrautafosfaatti, joka on Li-ion-akkujen ideologinen jälkeläinen.
Historiallinen viittaus
LiFePO4 tai LFP, oliviinien perheen luonnossa esiintyvä mineraali, löysi ensimmäisen kerran vuonna 1996 Texasin yliopiston tutkija John Goodenough, joka etsi tapoja parantaa Li-ion-virtalähteitä. Huomionarvoista oli se, että tällä mineraalilla oli vähemmän myrkyllisyys ja korkeampi lämpöstabiilisuus kuin kaikilla tuolloin tunnetuilla elektrodeilla.
Lisäksi sitä löydettiin luonnollisesta ympäristöstä ja sen kustannukset olivat alhaisemmat. LiFePO4-pohjaisten elektrodien suurin haittapuoli oli niiden alhainen sähkökapasiteetti, minkä vuoksi litiumrautafosfaattiakkua ei enää kehitetty.
Tämänsuuntaista tutkimusta jatkettiin vuonna 2003. Tiedemiesryhmä työskenteli luodakseen täysin uusia akkuja, jotka korvasivat tuolloin edistyneimmät Li-ion-akut. Suuret yritykset, kuten Motorola ja Qualcomm, kiinnostuivat projektista, joka toi lähemmäksi LiFePO4-katodielementeillä varustettujen akkujen ulkonäköä.
LiFePO4-pohjainen akku
Tämä tyyppi käyttää samaa sähköntuotantotekniikkaa kuin litiumionikennot, joihin olemme tottuneet. Niiden välillä on kuitenkin useita merkittäviä eroja. Ensinnäkin se on oman tyyppisen BMS:n käyttö - hallintajärjestelmä, joka suojaa sähköakkuja ylilataukselta ja vakavalta purkaukselta, pidentää käyttöikää ja tekee energialähteestä vakaamman.
Toiseksi LiFePO4, toisin kuin LiCoO2, on vähemmän myrkyllistä. Tämä tosiasia antoi meille mahdollisuuden välttää useita ympäristön saastumiseen liittyviä ongelmia. Erityisesti vähennä kobolttipäästöjä ilmakehään akun väärän hävittämisen vuoksi.
Lopuksi yhtenäisten LFP-standardien puuttuessa elementeillä on erilaiset kemialliset koostumukset, minkä vuoksi mallien tekniset ominaisuudet vaihtelevat laajalla alueella. Lisäksi näiden virtalähteiden huolto on monimutkaisempaa ja siinä on noudatettava tiettyjä sääntöjä.
Tekniset tiedot
On syytä sanoa, että litiumrautafosfaattiakut 48 volttia, 36 volttia ja 60 volttia valmistetaan kytkemällä yksittäisiä kennoja sarjaan, koska maksimijännite yhdessä LFP-osassa ei saa ylittää 3,65 V. Siksi kunkin akun tekniset indikaattorit voivat vaihdella merkittävästi toisistaan - kaikki riippuu kokoonpanosta ja tietystä kemiallisesta koostumuksesta.
Teknisten ominaisuuksien analysoimiseksi esitämme yhden yksittäisen kennon nimellisarvot.
Paras toteutus kunkin yksittäisen solun kyvyistä saavutettiin Everexceed-akussa. Everexceed-litiumrautafosfaattiakuilla on pitkä käyttöikä. Kaiken kaikkiaan ne kestävät jopa 4 tuhatta lataus-purkausjaksoa jopa 20 prosentin kapasiteetin menetyksellä, ja energiavarasto täydentyy 12 minuutissa. Tämän huomioon ottaen voimme päätellä, että Everexceed-akut ovat yksi parhaista LFP-elementtien edustajista.
Hyödyt ja haitat
Suurin etu, joka erottaa litiumrautafosfaattiakun muista akkutyypeistä, on kestävyys. Tällainen elementti pystyy kestämään yli 3 tuhatta lataus-purkausjaksoa, kun sähkötaso laskee 30 prosenttiin ja yli 2 tuhatta, kun se laskee 20 prosenttiin. Tämän ansiosta akun keskimääräinen käyttöikä on noin 7 vuotta.
Vakaa latausvirta on LFP-elementtien toinen tärkeä etu. Lähtöjännite pysyy 3,2 V:ssa, kunnes lataus on täysin tyhjentynyt. Tämä yksinkertaistaa kytkentäkaaviota ja poistaa tarpeen käyttää jännitesäätimiä.
Korkeampi huippuvirta on heidän kolmas etunsa. Tämän akun ominaisuuden ansiosta ne tuottavat maksimaalista tehoa jopa erittäin alhaisissa lämpötiloissa. Tämä ominaisuus on saanut autonvalmistajat käyttämään litiumrautafosfaattiakkuja ensisijaisena energialähteenä käynnistettäessä bensiini- ja dieselmoottoreita.
Kaikkien esitettyjen etujen lisäksi LiFePO4-akuilla on yksi merkittävä haittapuoli - suuri paino ja koko. Tämä rajoittaa niiden käyttöä tietyntyyppisissä koneissa ja sähkölaitteissa.
Toiminnan ominaisuudet
Jos ostat valmiita litiumfosfaattiakkuja, sinulla ei ole vaikeuksia huollon ja käytön kanssa. Tämä kaikki johtuu siitä, että valmistajat rakentavat BMS-levyjä sellaisiin elementteihin, jotka estävät ylilatauksen ja estävät elementin purkautumisen erittäin alhaiselle tasolle.
Mutta jos ostat yksittäisiä kennoja (esimerkiksi kynäparistoja), sinun on valvottava lataustasoa itse. Kun lataus laskee alle kriittisen tason (alle 2,00 V), kapasiteetti alkaa laskea nopeasti, mikä tekee kennojen lataamisen mahdottomaksi. Jos päinvastoin sallit ylilatauksen (yli 3,75 V), kenno yksinkertaisesti turpoaa vapautuneiden kaasujen takia.
Jos käytät samanlaista akkua sähköajoneuvossa, sinun on irrotettava se 100 %:n latauksen jälkeen. Muuten akku turpoaa sähkövirran ylikyllästymisen vuoksi.
Toimintasäännöt
Jos aiot käyttää litium-fosforiakkuja ei syklisessä tilassa, vaan puskuritilassa, esimerkiksi UPS:n virtalähteenä tai aurinkoakun yhteydessä, sinun on huolehdittava lataustason laskemisesta 3,40:aan. -3,45 V. Selviytyminen Tätä tehtävää auttavat "älykkäät" laturit, jotka automaattitilassa täydentävät ensin täysin energiansyötön ja sitten laskevat jännitetasoa.
Käytön aikana sinun on valvottava kennojen tasapainoa tai käytettävä erityisiä tasapainotuslevyjä (ne on jo rakennettu sähköajoneuvon akkuun). Kennoepätasapaino on tila, jossa laitteen kokonaisjännite pysyy nimellisarvolla, mutta kennojännite muuttuu erilaiseksi.
Tämä ilmiö johtuu yksittäisten osien vastuseroista ja niiden välisestä huonosta kosketuksesta. Jos kennoissa on erilaiset jännitteet, ne latautuvat ja purkautuvat epätasaisesti, mikä lyhentää merkittävästi akun käyttöikää.
Akun käyttöönotto
Ennen kuin käytät yksittäisistä kennoista koottuja litium-fosforiakkuja, on huolehdittava järjestelmän tasapainottamisesta, koska osilla voi olla eri lataustasoja. Tätä varten kaikki komponentit on kytketty rinnakkain ja kytketty tasasuuntaajaan ja laturiin. Tällä tavalla kytketyt kennot on ladattava 3,6 V:iin.
Kun käytät litiumrautafosfaattiakkua sähköpyörään, olet todennäköisesti huomannut, että akku tuottaa maksimitehoa ensimmäisten minuuttien aikana, minkä jälkeen lataus laskee nopeasti tasolle 3,3-3,0 V. Älä pelkää tätä, koska tämä on normaalia akkukäyttöä. Tosiasia on, että sen pääkapasiteetti (noin 90 %) on juuri tällä alueella.
Johtopäätös
Tehokkuus on 20-30 % korkeampi kuin muiden akkujen. Samalla ne kestävät 2-3 vuotta pidempään kuin muut sähkönlähteet ja tarjoavat myös vakaan virran koko käyttöajan. Kaikki tämä korostaa esitettyjä elementtejä suotuisassa valossa.
Useimmat ihmiset jättävät kuitenkin jatkossakin huomiotta litiumrautafosfaattiakut. Akkujen hyvät ja huonot puolet haalistuvat hintaansa nähden - se on 5-6 kertaa enemmän kuin lyijyhappokennoissa, joihin olemme tottuneet. Keskimäärin tällainen auton akku maksaa noin 26 tuhatta ruplaa.
Nykyaikaiset markkinat ovat täynnä erilaisia elektronisia laitteita. Niiden toimintaan kehitetään yhä kehittyneempiä virtalähteitä. Niiden joukossa litiumrautafosfaattiakut ovat erityinen paikka. Ne ovat turvallisia, niillä on korkea sähkökapasiteetti, ne eivät käytännössä vapauta myrkkyjä ja ovat kestäviä. Ehkä nämä akut syrjäyttävät pian "veljensä" laitteista.
Sisällys
Mikä on litiumrautafosfaattiakku
LiFePo4-akut ovat korkealaatuisia ja luotettavia virtalähteitä korkealla suorituskyvyllä. He korvaavat aktiivisesti vanhentuneiden lyijyakkujen lisäksi myös nykyaikaisia Li-ion-akkuja. Nykyään näitä akkuja ei löydy vain teollisuuslaitteista, vaan myös kodin laitteista - älypuhelimista sähköpyöriin.
Massachusetts Institute of Technology kehitti LFP-akut vuonna 2003. Ne perustuvat parannettuun Li-ion-teknologiaan, jonka kemiallinen koostumus on modifioitu: anodissa käytetään litiumferrofosfaattia litiumkobaltaatin sijaan. Akut ovat yleistyneet Motorolan ja Qualcommin kaltaisten yritysten ansiosta.
Kuinka LiFePo4-akut valmistetaan
LiFePo4-akkujen valmistuksen pääkomponentit toimitetaan tehtaalle tummanharmaana jauheena, jossa on metallinen kiilto. Anodien ja katodien tuotantokaavio on sama, mutta koska komponenttien sekoitus ei ole sallittua, kaikki tekniset toimenpiteet suoritetaan eri työpajoissa. Kaikki tuotanto on jaettu useisiin vaiheisiin.
Ensimmäinen askel. Elektrodien luominen. Tätä varten valmis kemiallinen koostumus peitetään molemmilta puolilta metallikalvolla (yleensä alumiini katodille ja kupari anodille). Kalvo on esikäsitelty suspensiolla, jotta se voi toimia virran vastaanottajana ja johtavana elementtinä. Valmiit elementit leikataan ohuiksi nauhoiksi ja taitetaan useita kertoja muodostaen neliömäisiä soluja.
Toinen vaihe. Suora akun kokoonpano. Katodit ja anodit kennojen muodossa asetetaan huokoisesta materiaalista tehdyn erottimen molemmille puolille ja kiinnitetään siihen tiukasti. Tuloksena oleva lohko asetetaan muovisäiliöön, täytetään elektrolyytillä ja suljetaan.
Viimeinen vaihe. Ohjaa akun latausta/purkausta. Lataus suoritetaan asteittain nostamalla sähkövirran jännitettä, jotta räjähdys tai syttyminen ei tapahdu suuren lämpömäärän vapautumisen vuoksi. Purkamista varten akku kytketään tehokkaaseen kuluttajaan. Jos poikkeamia ei havaita, valmiit elementit lähetetään asiakkaalle.
Litiumrautafosfaattiakun toimintaperiaate ja rakenne
LFP-akut koostuvat elektrodeista, jotka on painettu tiukasti huokoista erotinta vasten molemmilta puolilta. Laitteiden virransyöttöä varten sekä katodi että anodi on kytketty virrankeräilijöihin. Kaikki komponentit asetetaan muovikoteloon ja täytetään elektrolyytillä. Koteloon on sijoitettu ohjain, joka säätelee virransyöttöä latauksen aikana.
LiFePo4-akkujen toimintaperiaate perustuu litiumferrofosfaatin ja hiilen vuorovaikutukseen. Itse reaktio etenee seuraavan kaavan mukaan:
LiFePO 4 + 6C → Li 1-x FePO 4 + LiC 6
Akun varauksen kantaja on positiivisesti varautunut litiumioni. Sillä on kyky tunkeutua muiden materiaalien kidehilaan muodostaen kemiallisia sidoksia.
LiFePo4-akkujen tekniset ominaisuudet
Valmistajasta riippumatta kaikilla LFP-kennoilla on samat tekniset ominaisuudet:
- huippujännite – 3,65 V;
- jännite keskipisteessä – 3,3 V;
- jännite täysin purkautuneessa tilassa – 2,0 V;
- nimelliskäyttöjännite – 3,0-3,3 V;
- minimijännite kuormitettuna – 2,8 V;
- kestävyys - 2 - 7 tuhatta lataus-/purkausjaksoa;
- itselatautuva 15-18 C:n lämpötilassa – jopa 5 % vuodessa.
Esitetyt tekniset ominaisuudet viittaavat erityisesti LiFePo4-kennoihin. Akkujen parametrit vaihtelevat sen mukaan, kuinka monta niistä on yhdistetty yhteen paristoon.
Kotimaisilla kopioilla on seuraavat ominaisuudet:
- kapasiteetti - jopa 2000 Ah;
- jännite – 12 V, 24 V, 36 V ja 48 V;
- käyttölämpötila-alueella -30 - +60 С о;
- latausvirralla - 4 - 30A.
Kaikki akut eivät menetä laatuaan 15 vuoden varastoinnin aikana, niillä on vakaa jännite ja niille on ominaista alhainen myrkyllisyys.
Millaisia LiFePo4-akkuja on olemassa?
Toisin kuin meille tottuneet paristot, jotka on merkitty symboleilla AA tai AAA, litiumrautafosfaattikennoissa on täysin erilainen muototekijämerkintä - niiden koot on salattu 5-numeroisella numerolla. Kaikki ne on esitetty taulukossa.
| Vakiokoko | Mitat, DxL (mm) |
|---|---|
| 14430 | 14x43 |
| 14505 | 14 x 50 |
| 17335 | 17x33 |
| 18500 | 18x50 |
| 18650 | 18x65 |
| 26650 | 26x65 |
| 32600 | 32x60 |
| 32900 | 32x90 |
| 38120 | 38x120 |
| 40160 | 40 x 160 |
| 42120 | 42x120 |
Jopa ilman pöytää, jossa on merkinnät edessäsi, voit helposti navigoida akun mitoissa. Koodin kaksi ensimmäistä numeroa osoittavat halkaisijan, loput osoittavat virtalähteen pituuden (mm). Joidenkin vakiokokojen lopussa oleva numero 5 vastaa puoli millimetriä.
Litiumrautafosfaattiakku: plussat ja miinukset
LFP-akut perustuvat Li-ion-tekniikkaan, jonka avulla ne voivat ottaa vastaan kaikki näiden virtalähteiden edut ja samalla päästä eroon niiden luontaisista haitoista.
Tärkeimpiä etuja ovat:
- Kestävyys – jopa 7000 sykliä.
- Korkea latausvirta, mikä lyhentää energian täydennysaikaa.
- Vakaa käyttöjännite, joka ei putoa ennen kuin lataus on täysin tyhjentynyt.
- Korkea huippujännite - 3,65 volttia.
- Suuri nimelliskapasiteetti.
- Kevyt - jopa useita kiloja.
- Alhainen ympäristön saastuminen hävittämisen aikana.
- Pakkaskestävyys – työ on mahdollista -30 - +60C lämpötiloissa.
Mutta akuilla on myös haittoja. Ensimmäinen niistä on korkea hinta. 20 Ah elementin hinta voi olla 35 tuhatta ruplaa. Toinen ja viimeinen haittapuoli on akkupankin manuaalisen kokoamisen vaikeus, toisin kuin litiumionikennoissa. Näiden virtalähteiden muita ilmeisiä haittoja ei ole vielä tunnistettu.
Laturit ja kuinka ladata LiFePo4
LiFePo4-akkujen laturit eivät käytännössä eroa perinteisistä inverttereistä. Erityisesti voit tallentaa korkean lähtövirran - jopa 30A, jota käytetään elementtien nopeaan lataamiseen.
Jos ostat valmiin akun, niiden lataamisessa ei pitäisi olla vaikeuksia. Niiden suunnittelussa on sisäänrakennettu elektroninen ohjaus, joka suojaa kaikkia soluja täydelliseltä purkautumiselta ja ylikyllästymiseltä sähköllä. Kalliissa järjestelmissä käytetään tasapainotuslevyä, joka jakaa energian tasaisesti kaikkien laitteen kennojen kesken.
Latauksen aikana on tärkeää olla ylittämättä suositeltua ampeerivirtaa, jos käytät kolmannen osapuolen latureita. Tämä lyhentää akun käyttöikää useita kertoja latausta kohden. Jos akku kuumenee tai turpoaa, virran voimakkuus ylittää sallitut arvot.
Missä LiFePo4-akkuja käytetään?
LFP-akut ovat erittäin tärkeitä teollisuudelle. Niitä käytetään sääasemien ja sairaaloiden laitteiden toimivuuden ylläpitämiseen. Niitä käytetään myös puskurina tuulivoimaloissa ja varastoimaan aurinkopaneeleista saatavaa energiaa.
Nykyaikaisissa autoissa aletaan käyttää 12 V akkuja tavallisten lyijyhappokennojen sijaan. LiFePo4-rakenteet asennetaan päävirtalähteeksi sähköpyöriin ja mönkijöihin sekä moottoriveneisiin.
Niiden merkitys on laajalle levinnyt jokapäiväisessä elämässä. Ne on rakennettu puhelimiin, tabletteihin ja jopa ruuvimeisseliin. Tällaiset laitteet eroavat kuitenkin hinnaltaan huomattavasti teknisesti vähemmän edistyneistä vastaavista. Siksi niitä on edelleen vaikea löytää markkinoilta.
LiFePo4:n varastointia, käyttöä ja hävittämistä koskevat säännöt
Ennen kuin LFP-akku lähetetään pitkäaikaiseen varastointiin, se on ladattava 40-60 %:iin ja säilytettävä tämä lataustaso koko säilytysajan. Akku tulee säilyttää kuivassa paikassa, jossa lämpötila ei laske alle huoneenlämpötilan.
Käytön aikana on noudatettava valmistajan vaatimuksia. On tärkeää estää akun ylikuumeneminen. Jos huomaat, että akku lämpenee epätasaisesti käytön tai latauksen aikana, ota yhteyttä huoltoliikkeeseen - ehkä jokin kennoista on viallinen tai ohjausyksikössä tai tasapainokortissa on toimintahäiriö. Sama tulee tehdä, jos turvotusta ilmenee.
Jos haluat hävittää akun, joka on käyttänyt resurssinsa loppuun, ota yhteyttä tähän erikoistuneisiin organisaatioihin. Näin et vain toimi tunnollisena kansalaisena, vaan voit myös ansaita siitä rahaa. Jos kuitenkin lähetät akun yksinkertaisesti kaatopaikalle, mitään pahaa ei tapahdu.
Saatat myös olla kiinnostunut
Pienikokoisia napinmuotoisia paristoja käytetään monissa laitteissa. Eri valmistajien tuotteet voivat vaihdella
Minkä tahansa auton moottorin käynnistyksen luotettavuus riippuu suurelta osin käytetyn akun laadusta. Hänen täytyy
Jokaiselle autolle on tärkeää valita oikea akku. Tämä pidentää merkittävästi käyttöikää
Mikä on LiFePO4-akku
LiFePO4 on oliviiniperheen mineraali, jota esiintyy luonnossa. LiFePO4-akkujen syntymäajan katsotaan olevan vuotta 1996, jolloin Texasin yliopistossa esitettiin ensimmäisen kerran LiFeP04:n käyttöä akkuelektrodissa. Mineraali on myrkytön, suhteellisen halpa ja esiintyy luonnossa.
LiFEPO4 on litiumakkujen osajoukko ja käyttää samaa energiatekniikkaa kuin litiumakut, mutta ne eivät kuitenkaan ole 100 % litiumioniakkuja (litiumioniakkuja).
Koska tekniikka ilmestyi suhteellisen äskettäin, ei ole olemassa yhtä standardia LiFEPO4-akkujen laadun arvioimiseksi, samoin kuin suoria analogioita meille tuttujen lyijyakkujen suorituskyvyn kanssa.
Koska markkinoilla ei ole yhtenäistä standardia LFTP-akuille, LFP-kennoja ja niitä käyttäviä akkuja on monia erilaisia, ja niiden sisällä on erilaisia ominaisuuksia ja kemiaa. Niitä kaikkia kutsutaan LFP- tai litiumakuiksi, mutta ne toimivat eri tavalla. Yrittämättä omaksua äärimmäisyyttä, keskitymme siihen, mitä akkumme taatusti tekevät.
Aliant-litiumrautafosfaattiakuilla on seuraavat käytännön edut:
- Mitat - akut ovat 3 kertaa pienempiä kuin lyijyanalogit, joten vain 3 akkua kattaa koko moottoripyörien mallivalikoiman
- Akku purkautuu itsestään alle 0,05 % päivässä, ts. voi helposti seistä hyllyssä vuoden ilman latausta ja menettämättä ominaisuuksiaan, käynnistää moottorin ja ladata sitten lähes 100% tilaan
- voi olla tyhjentyneessä tilassa ilman vakavia seurauksia myöhempään toimintaan, purkautumiskynnys on 9,5 V, kunhan akun napojen jännite ei laske alle 9,5 V - akku voidaan ladata ja palauttaa alkuperäiseen tilaan
- kaikkien neljän elementin tasainen lataus akkuun sisäänrakennetun BMS-ohjaimen (Battery Management System) avulla. Akun sisällä on 4 sarjaan kytkettyä elementtiä, kukin 3,3V, nimellisjännite 13,3V, mutta akkua ladataan 2 navan kautta. Tämä lataustapa sopii lyijyakuille, mutta ei sovellu LFP:lle - sisäiset elementit jäävät aina alilatautuneiksi, mikä lisää niiden epäonnistumisen todennäköisyyttä akku, joka jakaa 2-napaan saapuvan varauksen tasaisesti akun sisällä olevalle 4 elementille
valtava määrä latausjaksoja, enemmän kuin litiumioniakuilla ja lyijyakuilla,
akku kestää 3000 latausjaksoa 70 %:n purkautumistilasta ja 2000 latauskertaa 80 %:n purkautumistilasta, mikä takaa jopa 7 vuoden akun käyttöiän, tarjoamme ALIANT-akuille ehdottoman 2 vuoden takuun. Akku on suunniteltu keskimäärin 12 000 käynnistyskertaa varten.
korkea käynnistimen pyörimisvirta, -18C:ssa akku antaa käynnistimelle keskimääräistä uutta lyijyakkua vastaavan tehon, mutta +23C:ssa käynnistimeen syötettävä teho on kaksinkertainen lyijyakulle verrattuna. Suuri teho tuntuu heti moottoria käynnistettäessä, käynnistin pyörii nopeasti, kuin tuoreella lyijyakulla
paino - ALIANT-akut ovat 5 kertaa kevyempiä kuin lyijyakut
pikalataus - keskimäärin akut latautuvat 50% ensimmäisten 2 minuutin aikana, 100% lataus 30 minuutissa, mikä tarkoittaa, että 30 minuutin matkan jälkeen akku on 100% latautunut, ts. itse asiassa akkusi on aina 100 % ladattu
vakaa purkausjännite - purkauksen aikana akku säilyttää jännitteen lähellä 13,2 V viime hetkeen asti, sitten purkauksen jälkeen jännite laskee jyrkästi - akku, jonka varauksesta on jäljellä 40%, kääntää käynnistimen nopeasti
vakaa purkausjännite - purkauksen aikana akku säilyttää jännitteen lähellä 13,2 V loppuun asti, sitten purkauksen jälkeen jännite laskee jyrkästi
työskennellä erittäin alhaisissa lämpötiloissa. Kiinnitimme erityistä huomiota akun suorituskykyyn erittäin alhaisissa lämpötiloissa. Jotkut kokeneet moottoripyöräilijät, jotka ovat käyttäneet muiden valmistajien LFP-akkuja, ovat huomanneet, että LFP-akkujen suorituskyky laskee jyrkästi lämpötilan myötä. Joten +3 asteessa käynnistimen voimakasta pyörimistä ei enää ole, mutta miinuksella akku "nukahtaa" ja herää vasta lämpenemisen jälkeen, kun energiaa vapautuu. Erityisen kemian ansiosta akuissamme ei ole tätä haittaa. Vaikka akkujen tuottama teho -18C:ssa putoaa lähes 2 kertaa, riittää se silti käynnistimen voimakkaaseen kääntämiseen. Akku on suunniteltu toimimaan -30 C:n lämpötiloissa ja yli -3, akuissa on liikaa virtaa. Lämpötila-alueella -18 - -30C akku pyörittää käynnistintä, mutta se tuntuu puoliksi tyhjentyneeltä lyijyakulta.
Toimii missä tahansa asennossa, akussa ei ole nesteitä, sitä voidaan käyttää missä tahansa asennossa, kuten geeliakut
laaja lämpötila-alue -30C - +60C
Fyysiset peruserot LiFePO4-akkujen ja lyijyanalogien välillä
Kuten aiemmin todettiin, LiFePO4-akuilla ja lyijyakuilla on erilainen kemia, ja ymmärtääksesi akun sinun on tiedettävä, mitkä erot ovat.
Suurin ero koskee kapasiteettia. Voit ymmärtää akkujen erot esimerkin avulla: jos kytket käynnistimen LiFEP04-akkuun ja lyijyakkuun ja alat kääntää sitä, niin samalla LiFEPO4-akku kääntää käynnistintä lähes 1,5 kertaa enemmän, käytännössä ilman vähennystä. pyörimisnopeus kuin lyijyakku, jos olet aiemmin käyttänyt lyijyakkuja, niin viime hetkeen asti sinulla on vaikutelma, että akussa on paljon varausta jäljellä, mutta akku itse asiassa voi olla jo melkein tyhjä, pyörimisnopeuden lasku ei tapahdu tasaisesti, kuten lyijyakussa, vaan tapahtuu äkillisesti jännitteen putoamisen jälkeen alle 12 V. Jos otat lyijyakun, jonka teho on 7A/h, ja LiFEPO4-akun, jonka teho on samanlainen, käynnistimen kierrosluku (lähinnä kuorma) siihen asti, kunnes se tyhjenee täysin ensimmäisten 10 minuutin aikana, on LiFEP04:ssä paljon suurempi, mutta yli seuraavat 5 minuuttia akku tyhjenee, kun taas lyijyakku voi kääntää käynnistintä jopa 20 minuuttia. Siten kaikissa käytännön tapauksissa -18 C:n lämpötiloissa LiFEPO4-akku ylittää lyijyakkujen suorituskyvyn, paitsi silloin, kun generaattori epäonnistuu. Tässä tapauksessa ilman generaattoria lyijyakku voi kestää kauemmin kuin LiFePO4.
ylijännite. Kun latausjännite ylittää sallitun rajan, LiFEPO4 ja lyijyakut käyttäytyvät eri tavalla. Lyijyakku alkaa kiehua. LIFEPO4-akuissa tapahtuu peruuttamattomia kemiallisia reaktioita. Markkinoilla ei ole moottoripyörää, joka antaisi jännitteen, joka voisi vahingoittaa LIFEPO4-akkua, mutta erittäin harvoissa tapauksissa, kun säätimen rele epäonnistuu siten, että akun napojen jännite on alueella 15 - 60 V. LIFEP04-akku vaurioituu.
lämpötila. LIFEP04-akut eivät pidä alhaisista lämpötiloista, akuissamme käytämme erikoiselementtejä, jotka voivat toimia jopa -30C:n lämpötiloissa, mutta -18C:n jälkeen LIFEPO4-akun suorituskyky laskee niin, että lyijyakku tuottaa enemmän tehoa kuin meidän. . Jos ei olisi elementtien erityistä kemiaa, akku menettäisi suorituskykynsä jo +4 asteessa LIFEPO4.
Esitä kysymys tuelle: Tämä sähköpostiosoite on suojattu roskapostiohjelmia vastaan. Sinulla on oltava JavaScript käytössä nähdäksesi sen.
Nykyään on olemassa suuri määrä akkuja, joiden kemiat ovat erilaisia. Nykyään suosituimmat akut ovat litiumioniakut. Litiumrautafosfaatti (ferrofosfaatti) -akut kuuluvat myös tähän ryhmään. Jos kaikki tähän luokkaan kuuluvat akut ovat yleisesti ottaen samankaltaisia teknisiltä ominaisuuksiltaan, niin litiumrautafosfaattiakuilla on omat ainutlaatuiset ominaisuudet, jotka erottavat ne muista litiumioniteknologialla valmistetuista akuista.
Litiumrautafosfaattiakun löytämisen historia
LiFePO4-akun keksijä on John Goodenough, joka työskenteli vuonna 1996 Texasin yliopistossa uuden katodimateriaalin luomiseksi litiumioniakuille. Professori onnistui luomaan materiaalin, joka on halvempi, jolla on vähemmän myrkyllisyys ja korkea lämpöstabiilisuus. Uutta katodia käyttäneen akun haitoista mainittakoon alhaisempi kapasiteetti.
Kukaan ei ollut kiinnostunut John Goodenoughin keksinnöstä, mutta vuonna 2003 yritys A 123 Systems päätti kehittää tätä tekniikkaa pitäen sitä varsin lupaavana. Monet suuret yritykset - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola - ovat sijoittaneet tähän teknologiaan.
LiFePO4-akkujen ominaisuudet
Ferrofosfaattiakun jännite on sama kuin muiden litiumioniteknologiaan liittyvien akkujen jännite. Nimellisjännite riippuu akun mitoista (koko, muotokerroin). Akuille 18 650 tämä on 3,7 volttia, 10 440 (pieni sormiparisto) - 3,2, 24 330 - 3,6.
Lähes kaikkien akkujen jännite laskee vähitellen purkauksen aikana. Yksi ainutlaatuisista ominaisuuksista on jännitteen vakaus käytettäessä LiFePO4-akkuja. Samankaltaiset jänniteominaisuudet ovat nikkeliteknologialla (nikkeli-kadmium, nikkeli-metallihydridi) valmistetuissa akuissa.
Litiumrautafosfaattiakku pystyy toimittamaan koosta riippuen 3,0–3,2 volttia, kunnes se on täysin purkautunut. Tämä ominaisuus antaa näille akuille enemmän etuja, kun niitä käytetään piireissä, koska se käytännössä eliminoi jännitteen säätelyn tarpeen.
Täyspurkausjännite on 2,0 volttia, mikä on litiumteknologian akun alhaisin tallennettu purkausraja. Nämä akut ovat johtavia käyttöiässä, mikä vastaa 2000 lataus- ja purkausjaksoa. LiFePO4-akut voidaan kemiallisen rakenteensa turvallisuuden vuoksi ladata erityisellä kiihdytetyllä delta V -menetelmällä, kun akkuun syötetään suurta virtaa.
Monet akut eivät kestä latausta tällä menetelmällä, mikä johtaa liialliseen kuumenemiseen ja vaurioitumiseen. Litiumrautafosfaattiakkujen tapauksessa tämän menetelmän käyttö ei ole vain mahdollista, vaan jopa suositeltavaa. Siksi on olemassa erityisiä latureita erityisesti tällaisten akkujen lataamiseen. Tällaisia latureita ei tietenkään voida käyttää muun kemian akuissa. Tällaisten latureiden litiumrautafosfaattiakut voidaan ladata täyteen 15-30 minuutissa muotokertoimesta riippuen.
Viimeaikainen kehitys LiFePO4-akkujen alalla tarjoaa käyttäjälle parannetun käyttölämpötila-alueen. Kun litiumioniakkujen vakioalue on toimia -20 - +20 celsiusastetta, litiumrautafosfaattiakut voivat toimia täydellisesti -30 - +55 astetta. Akun lataaminen tai purkaminen kuvattua korkeammassa tai alhaisemmassa lämpötilassa vahingoittaa akkua vakavasti.
Litiumrautafosfaattiakut ovat paljon vähemmän herkkiä ikääntymiselle kuin muut litiumioniakut. Ikääntyminen on luonnollista kapasiteetin menetystä ajan myötä riippumatta siitä, onko akku käytössä vai hyllyssä. Vertailun vuoksi, kaikki litiumioniakut menettävät noin 10% kapasiteetistaan joka vuosi. Litiumrautafosfaatti häviää vain 1,5 %.
Yksi näiden akkujen haitoista on niiden alempi kapasiteetti, joka on 14 % pienempi (tai vähemmän) kuin muiden litiumioniakkujen.
Ferrofosfaattiakun turvallisuus
Tämän tyyppistä akkua pidetään yhtenä turvallisimmista kaikkien olemassa olevien akkutyyppien joukossa. LiFePO4:llä on erittäin vakaa kemia, ja ne kestävät hyvin raskaita kuormia purkamisen (pieniresistanssikäytössä) ja latauksen (kun akkua ladataan suurilla virroilla) aikana.
Koska fosfaatit ovat kemiallisesti turvallisia, nämä akut on helpompi kierrättää, kun niiden käyttöikä on kulunut loppuun. Monet vaarallisia kemikaaleja (kuten litium-kobolttia) sisältävät akut on kierrätettävä lisäprosesseja niiden ympäristövaaran vähentämiseksi.
Litium-rautafosfaattiakkujen lataus
Yksi syy sijoittajien kaupalliseen kiinnostukseen ferrofosfaattikemiaa kohtaan oli sen vakaudesta johtuva nopean latauksen mahdollisuus. Välittömästi LiFePO4-akkujen kokoonpanolinjatuotannon järjestämisen jälkeen ne asetettiin akuiksi, jotka voitiin ladata nopeasti.
Tätä tarkoitusta varten alettiin valmistaa erityisiä latureita. Kuten edellä on jo kirjoitettu, tällaisia latureita ei voi käyttää muiden akkujen kanssa, koska ne ylikuumenevat ja vahingoittavat niitä vakavasti.
Näille akuille tarkoitettu erityinen laite voi ladata ne 12-15 minuutissa. Ferrofosfaattiakkuja voidaan ladata myös perinteisillä latureilla. Saatavilla on myös yhdistettyjä latausvaihtoehtoja molemmilla lataustiloilla. Paras vaihtoehto olisi tietysti käyttää älykkäitä latureita, joissa on monia latausprosessia sääteleviä vaihtoehtoja.
Litium-rautafosfaattiakun muotoilu
Litiumrautafosfaatti LiFePO4 -akulla ei ole erityispiirteitä sen sisäisessä rakenteessa verrattuna kemiantekniikan vastaaviin. Vain yksi elementti vaihdettiin - rautafosfaatista valmistettu katodi. Anodimateriaali on litiumia (kaikissa litiumioniteknologian akuissa on litium-anodi).
Minkä tahansa akun toiminta perustuu kemiallisen reaktion palautuvuuteen. Muuten akun sisällä tapahtuvia prosesseja kutsutaan hapetus- ja pelkistysprosesseiksi. Mikä tahansa akku koostuu elektrodeista - katodista (miinus) ja anodista (plus). Myös minkä tahansa akun sisällä on erotin - huokoinen materiaali, joka on kyllästetty erityisellä nesteellä - elektrolyytillä.
Kun akku purkautuu, litiumionit liikkuvat erottimen läpi katodilta anodille vapauttaen kertyneen varauksen (hapettuminen). Kun akkua ladataan, litiumionit liikkuvat vastakkaiseen suuntaan anodista katodille ja keräävät varausta (vähennystä).
Litiumrautafosfaattiakkujen tyypit
Kaikki tässä kemiassa voidaan jakaa neljään luokkaan:
- Täydet akut.
- Suuret solut suuntaissärmiöiden muodossa.
- Pienet kennot suuntaissärmiöiden muodossa (prismaattiset - 3,2 V LiFePO4-akut).
- Pienet tyhjät akut (pakkaukset).
- Sylinterimäiset akut.
Litiumrautafosfaattiakuilla ja -kennoilla voi olla eri jännitearvot 12 - 60 volttia. Ne ovat monella tapaa edellä perinteisiä työjaksoja, paljon korkeammat, paino on useita kertoja pienempi ja ne latautuvat useita kertoja nopeammin.
Tätä kemiaa käyttäviä sylinterimäisiä akkuja käytetään sekä erikseen että piirissä. Näiden sylinterimäisten akkujen mitat ovat hyvin erilaisia: 14 500 (sormityyppinen) - 32 650.
Litium-rautafosfaattiakut
Polkupyörien ja sähköpyörien ferrofosfaattiakut ansaitsevat erityistä huomiota. Uuden rautafosfaattikatodin keksimisen myötä muiden tähän kemiaan perustuvien akkutyyppien ohella syntyivät erikoisakut, joita parantuneiden ominaisuuksiensa ja pienemmän painonsa ansiosta voidaan käyttää kätevästi myös tavallisissa polkupyörissä. Tällaiset akut saivat heti suosion polkupyörien päivittämisen fanien keskuudessa.
Litiumrautafosfaattiakut pystyvät tarjoamaan useita tunteja huoletonta pyöräilyä, mikä tekee niistä kelvollisia kilpailijoita polttomoottoreille, joita myös aikaisemmin usein asennettiin polkupyöriin. Tyypillisesti näihin tarkoituksiin käytetään 48v LiFePO4-akkuja, mutta on mahdollista ostaa 25, 36 ja 60 voltin akkuja.
Ferrofosfaattiakkujen käyttö
Akun rooli tässä kemiassa on selvä ilman kommentteja. Prismaatteja käytetään eri tarkoituksiin - LiFePO4 3,2 V akut. Suurempia kennoja käytetään aurinkovoiman ja tuuliturbiinien kennoina. Ferrofosfaattiakkuja käytetään aktiivisesti sähköajoneuvojen suunnittelussa.
Pieniä tyhjiä akkuja käytetään puhelimissa, kannettavissa tietokoneissa ja taulutietokoneissa. Erimuotoisia sylinterimäisiä paristoja käytetään sähkösavukkeissa, radio-ohjatuissa malleissa jne.
