แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต EEMB – ความจุครึ่งหนึ่งก็เพียงพอแล้ว คุณลักษณะของแบตเตอรี่ Lifepo4 เครื่องชาร์จ และวิธีการชาร์จ LiFePo4

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่มีความต้องการพลังงานและความจุของแหล่งพลังงานเพิ่มมากขึ้น ในขณะที่แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมและนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์กำลังเข้าใกล้ขีดจำกัดทางทฤษฎี เทคโนโลยีลิเธียมไอออนเป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น

แบตเตอรี่ Li-Fe (ลิเธียมฟอสเฟต) มีความโดดเด่นไม่เพียงแต่ความจุสูงเท่านั้น แต่ยังโดดเด่นด้วยการชาร์จที่รวดเร็วอีกด้วย ในเวลาเพียง 15 นาที คุณก็สามารถชาร์จแบตเตอรี่ให้เต็มได้ นอกจากนี้ แบตเตอรี่ดังกล่าวยังช่วยให้ปล่อยประจุได้มากกว่ารุ่นทั่วไปถึง 10 เท่า แนวคิดของแบตเตอรี่ Li-Fe คือการเปิดใช้งานการแลกเปลี่ยนลิเธียมไอออนระหว่างอิเล็กโทรด ด้วยความช่วยเหลือของอนุภาคนาโน มันเป็นไปได้ที่จะพัฒนาพื้นผิวการแลกเปลี่ยนของอิเล็กโทรดและได้รับการไหลของไอออนที่เข้มข้นยิ่งขึ้น เพื่อป้องกันความร้อนมากเกินไปและการระเบิดของอิเล็กโทรด ผู้เขียนโครงการนี้จึงใช้ลิเธียม/เหล็กฟอสเฟตแทนลิเธียม/โคบอลต์ออกไซด์ในแคโทด ค่าการนำไฟฟ้าที่ไม่เพียงพอของวัสดุใหม่ได้รับการชดเชยด้วยการนำอนุภาคนาโนของอลูมิเนียม แมงกานีส หรือไทเทเนียมมาใช้

ในการชาร์จแบตเตอรี่ Li-Fe คุณต้องใช้เครื่องชาร์จพิเศษที่มีเครื่องหมายระบุว่าเครื่องชาร์จประเภทนี้สามารถทำงานร่วมกับแบตเตอรี่ Li-Fe ได้ ไม่เช่นนั้นคุณจะทำลายแบตเตอรี่!

ข้อดี

• ตัวเครื่องที่ปลอดภัยและทนทาน ไม่เหมือนเคสแบตเตอรี่ Li-Po
• Ultra-fast charge (ที่กระแส 7A ชาร์จเต็มใน 15 นาที!!!)
• กระแสไฟขาออกที่สูงมาก 60A - โหมดการทำงาน; 132A - โหมดระยะสั้น (สูงสุด 10 วินาที)
• การปลดปล่อยตัวเอง 3% เป็นเวลา 3 ปี
• ทำงานในที่เย็น (สูงถึง -30 องศาเซลเซียส) โดยไม่สูญเสียคุณสมบัติการทำงาน
• รอบ MTBF 1000 (มากกว่าแบตเตอรี่นิกเกิลสามเท่า)

ข้อบกพร่อง

• ต้องใช้เครื่องชาร์จพิเศษ (ไม่รองรับเครื่องชาร์จ LiPo)
• หนักกว่าลิโพ
  

ประวัติเล็กน้อย

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของความจุของแบตเตอรี่ NiMH และมีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าเกือบสามเท่า ความหนาแน่นของพลังงาน Li-ion สูงกว่า NiMH สามเท่า Li-ion สามารถทนต่อกระแสคายประจุที่สูงมาก ซึ่งแบตเตอรี่ NiMH ไม่สามารถต้านทานได้แม้แต่ในทางทฤษฎี NiMH ยังไม่เหมาะสำหรับอุปกรณ์พกพาที่ทรงพลังซึ่งมีลักษณะของโหลดพัลส์สูง ใช้เวลาในการชาร์จนาน และโดยปกติจะ "ใช้งานได้" ไม่เกิน 500 รอบ การจัดเก็บ NiMH ก็เป็นอีกปัญหาสำคัญ แบตเตอรี่เหล่านี้มีการคายประจุเองสูงมาก - มากถึง 20% ต่อเดือน ในขณะที่ Li-ion มีเพียง 2-5% เท่านั้น แบตเตอรี่ NiMH อยู่ภายใต้เอฟเฟกต์หน่วยความจำที่เรียกว่าซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของแบตเตอรี่ NiCd

แต่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนก็มีข้อเสียเช่นกัน มีราคาแพงมากและต้องการระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์หลายระดับที่ซับซ้อน เนื่องจากมีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพอย่างถาวรหากปล่อยออกมาลึกเกินไปหรือเกิดการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองภายใต้ภาระที่สูง สาเหตุมาจากวัสดุอิเล็กโทรดหลัก – ลิเธียมโคบอลเทต (LiCoO2) นักวิทยาศาสตร์ดิ้นรนเป็นเวลาหลายปีเพื่อหาสิ่งทดแทนโคบอลต์ ผู้สมัครชิงตำแหน่งของวัสดุอิเล็กโทรดหลักแห่งอนาคตคือสารประกอบลิเธียมต่างๆ - แมงกาเนต, ไททาเนต, สแตนเนต, ซิลิเกตและอื่น ๆ แต่สิ่งที่โปรดปรานอย่างไม่มีข้อโต้แย้งในปัจจุบันถือเป็นลิเธียมเฟอร์โรฟอสเฟต Li-Fe ซึ่งได้รับครั้งแรกในปี 1996 โดยศาสตราจารย์ John Goodenough จากมหาวิทยาลัยเท็กซัส เป็นเวลานานแล้วที่หัวข้อนี้รวบรวมฝุ่นบนชั้นวาง เนื่องจาก Li-Fe ไม่มีอะไรโดดเด่นยกเว้นเรื่องราคาถูกและศักยภาพของมันยังคงไม่ได้รับการสำรวจ ทุกอย่างเปลี่ยนไปในปี 2003 ด้วยการถือกำเนิดของระบบ A123

ลักษณะของแบตเตอรี่ Li-Fe

เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ Li-Fe ทั้งหมด มีพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าพื้นฐานหลายประการ:

แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ที่ชาร์จเต็ม:สำหรับ Li-Fe จะมีค่าประมาณ 3.65V เนื่องจากลักษณะเฉพาะของเทคโนโลยีนี้ องค์ประกอบเหล่านี้จึงไม่กลัวการชาร์จไฟมากเกินไป (อย่างน้อยก็ไม่ทำให้เกิดไฟไหม้และการระเบิดตามที่เกิดขึ้นกับองค์ประกอบที่ใช้ลิเธียมโคบอลต์ Li-ion, Li- pol) แม้ว่าผู้ผลิต ขอแนะนำอย่างยิ่งว่าอย่าชาร์จเกิน 3.9V และชาร์จเพียงไม่กี่ครั้งจนถึง 4.2V ตลอดอายุการใช้งานขององค์ประกอบ

แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ที่คายประจุจนเต็ม:คำแนะนำของผู้ผลิตแตกต่างกันบ้าง แนะนำให้คายประจุองค์ประกอบเป็น 2.5V บางส่วนเป็น 2.0V แต่ไม่ว่าในกรณีใด ตามหลักปฏิบัติในการใช้งานแบตเตอรี่ทุกประเภท พบว่ายิ่งความลึกของการคายประจุตื้นลง แบตเตอรี่ก็จะสามารถอยู่รอดได้เป็นรอบมากขึ้น และปริมาณพลังงานจะลดลงที่ 0.5V สุดท้ายของแบตเตอรี่ การคายประจุ (สำหรับ Li-Fe) เป็นเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ของความจุเท่านั้น

แรงดันไฟฟ้าจุดกึ่งกลาง:สำหรับองค์ประกอบของเทคโนโลยีนี้ ผู้ผลิตหลายรายจะแตกต่างกันไป (อ้างสิทธิ์) จาก 3.2V ถึง 3.3V แรงดันไฟฟ้าจุดกึ่งกลางคือแรงดันไฟฟ้าที่คำนวณตามเส้นโค้งการคายประจุและมีวัตถุประสงค์เพื่อคำนวณความจุโดยรวมของแบตเตอรี่ซึ่งแสดงเป็น Wh (วัตต์ชั่วโมง) สำหรับสิ่งนี้ แรงดันไฟฟ้าจุดกึ่งกลางจะถูกคูณด้วยความจุปัจจุบัน เช่น สำหรับ ตัวอย่างเช่น คุณมีเซลล์ที่มีความจุ 1.1Ah และแรงดันไฟฟ้าที่จุดกึ่งกลางคือ 3.3V ดังนั้นความจุโดยรวมของมันคือ 3.3*1.1=3.65Wh (หลายคนมักสับสนระหว่างแรงดันไฟฟ้าจุดกึ่งกลางกับแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ที่ชาร์จเต็มแล้ว)

ในเรื่องนี้ ฉันต้องการดึงความสนใจไปที่ลักษณะการทำงานของแบตเตอรี่ หรือให้แม่นยำยิ่งขึ้นไปที่แรงดันไฟฟ้าจุดกึ่งกลางของแบตเตอรี่ Li-Fe 36V และ 48V ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าของ 36V และ 48V จะถูกระบุตามเงื่อนไขโดยสัมพันธ์กับแบตเตอรี่ตะกั่วกรดซึ่งเป็นที่คุ้นเคยสำหรับหลาย ๆ คนหรือแม่นยำยิ่งขึ้นกับแรงดันไฟฟ้าของจุดกึ่งกลางของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด 12V 3 หรือ 4 ก้อนที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรม แบตเตอรี่ Li-Fe 36V มี 12 เซลล์ (องค์ประกอบ) เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม ซึ่งเท่ากับ 3.2*12=38.4V (สำหรับแบตเตอรี่ 48V 3.2*16=51.2V) ซึ่งสูงกว่าจุดเฉลี่ยของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดเล็กน้อย กล่าวคือ ด้วยความจุเท่ากัน (ในหน่วย Ah) แบตเตอรี่ Li-Fe มีความจุโดยรวมมากกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรด

ในขณะนี้ฐานการผลิตหลักสำหรับการผลิตเซลล์ Li-Fe คือประเทศจีน มีโรงงานของทั้งบริษัทที่มีชื่อเสียง (A123System, BMI) และโรงงานของบริษัทที่ไม่รู้จัก ผู้ขายแบตเตอรี่สำเร็จรูปหลายราย (ซึ่งขายตามร้านค้าปลีก) อ้างว่าตนเป็นผู้ผลิตเซลล์ด้วยซึ่งกลายเป็นเรื่องไม่จริง ผู้ผลิตชิ้นส่วนรายใหญ่ที่ผลิตชิ้นส่วนหลายล้านชิ้นต่อปีไม่สนใจที่จะทำงานร่วมกับลูกค้ารายย่อยและเพิกเฉยต่อคำถามเกี่ยวกับการขายชิ้นส่วนหลายสิบชิ้นหรือเสนอที่จะซื้อในปริมาณหลายพันชิ้น นอกจากนี้ยังมีองค์กรขนาดเล็กที่ผลิตองค์ประกอบกึ่งหัตถกรรมเป็นชุดเล็ก ๆ แต่คุณภาพขององค์ประกอบดังกล่าวต่ำมาก เหตุผลก็คือการขาดวัสดุอุปกรณ์คุณภาพสูงและระเบียบวินัยทางเทคโนโลยีต่ำ องค์ประกอบดังกล่าวมีความจุและความต้านทานภายในแปรผันอย่างมากภายในแม้แต่ชุดเดียว นอกจากนี้ในตลาดสำหรับการประกอบแบตเตอรี่สำเร็จรูปยังมีเซลล์ที่ผลิตโดยผู้ผลิตรายใหญ่ แต่เนื่องจากความจริงที่ว่าพวกเขาไม่ได้ถูกปฏิเสธตามพารามิเตอร์บางอย่าง (ความจุ, ความต้านทานภายใน, แรงดันไฟฟ้าตกระหว่างการจัดเก็บ) พวกเขาไปไม่ถึงตลาดและ จะต้องรีไซเคิล องค์ประกอบเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับการประกอบแบตเตอรี่โดยองค์กรหัตถกรรมขนาดเล็ก ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างองค์ประกอบดังกล่าวกับองค์ประกอบคุณภาพมาตรฐานที่ผลิตโดยผู้ผลิตรายใหญ่คือ ขาดเครื่องหมายในแต่ละองค์ประกอบ- เครื่องหมายนี้ใช้กับผู้ผลิตในระหว่างการทดสอบขั้นสุดท้าย และทำหน้าที่เป็นตัวระบุผู้ผลิต วันที่ และการเปลี่ยนแปลงการผลิต ข้อมูลนี้จำเป็นสำหรับผู้ผลิตรายใหญ่ในการตรวจสอบคุณภาพขององค์ประกอบระหว่างการทำงานและในกรณีที่มีข้อร้องเรียน เพื่อให้สามารถค้นหาสาเหตุของปัญหาได้ ดังที่คุณเข้าใจเองว่าการดำเนินการดังกล่าวไม่มีประโยชน์สำหรับผู้ที่สร้างองค์ประกอบในสภาพช่างฝีมือ
การใช้ลิงก์เหล่านี้คุณสามารถดูการทดสอบของผู้ผลิตองค์ประกอบที่มีชื่อเสียงที่สุด:

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

อย่างไรก็ตาม สิ่งที่น่าสนใจคือจากผลการตรวจสอบ ผู้ผลิตเกือบทั้งหมดอ้างว่ามีความจุมากกว่าที่มีอยู่ (ข้อยกเว้นเดียวคือระบบ A123) และโดยทั่วไปของ Huanyu นั้นต่ำกว่าที่ประกาศไว้ถึงหนึ่งในสี่

การค้นพบที่ไม่คาดคิด

A123 Systems เป็นบริษัทที่ไม่ธรรมดา ในการสนทนา พนักงานของบริษัท ตั้งแต่วิศวกรธรรมดาไปจนถึงประธาน มักจะพูดประโยคหนึ่งที่คุณไม่ได้ยินบ่อยในสมัยนี้: “เราเป็นเพียงจุดเริ่มต้นของเส้นทางเท่านั้น เมื่อเดินไปจนสุดทาง เราจะเปลี่ยนโลก!” ประวัติความเป็นมาของระบบ A123 เริ่มต้นขึ้นในปลายปี พ.ศ. 2543 ในห้องทดลองของศาสตราจารย์เยท มิน ชาง จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) Chang ซึ่งทำงานเกี่ยวกับเทคโนโลยี Li-ion มาเป็นเวลานาน ค้นพบปรากฏการณ์ที่น่าทึ่งซึ่งเกือบจะโดยบังเอิญ ด้วยผลกระทบบางประการต่อสารละลายคอลลอยด์ของวัสดุอิเล็กโทรด โครงสร้างแบตเตอรี่จึงเริ่มทำซ้ำ! แรงดึงดูดและแรงผลักขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย - ขนาด รูปร่าง และจำนวนของอนุภาค คุณสมบัติของอิเล็กโทรไลต์ สนามแม่เหล็กไฟฟ้า และอุณหภูมิ Chang ได้ทำการศึกษาโดยละเอียดเกี่ยวกับคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของวัสดุนาโนอิเล็กโทรด และกำหนดพารามิเตอร์พื้นฐานสำหรับการเริ่มต้นกระบวนการจัดระเบียบตนเองที่เกิดขึ้นเอง ผลลัพธ์ที่ได้คือแบตเตอรี่ที่มีความจุเฉพาะซึ่งสูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์เทตทั่วไปถึงหนึ่งในสาม และสามารถทนทานต่อรอบการชาร์จและคายประจุได้หลายร้อยรอบ โครงสร้างจุลภาคของอิเล็กโทรดที่สร้างขึ้นตามธรรมชาติ ทำให้สามารถเพิ่มพื้นที่ผิวแอคทีฟทั้งหมดตามลำดับความสำคัญและเร่งการแลกเปลี่ยนไอออน ซึ่งส่งผลให้ความจุและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น

การจัดระเบียบตนเองตามวิธีการของ Chang มีดังนี้: ส่วนผสมของโคบอลต์ออกไซด์และอนุภาคนาโนกราไฟท์ถูกวางไว้ในร่างกายของแบตเตอรี่ในอนาคต เพิ่มอิเล็กโทรไลต์ และสร้างเงื่อนไขภายนอกที่จำเป็น - อุณหภูมิ สนามแม่เหล็กไฟฟ้า และความดัน อนุภาคโคบอลต์ออกไซด์จะถูกดึงดูดเข้าหากัน แต่จะผลักอนุภาคกราไฟท์ออกไป กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าแรงดึงดูดและแรงผลักจะเข้าสู่สมดุล เป็นผลให้เกิดคู่แอโนด - แคโทดโดยแยกจากกันโดยสิ้นเชิงด้วยเฟส - อิเล็กโทรไลต์ เนื่องจากอนุภาคนาโนมีขนาดเท่ากัน Chang จึงสามารถสร้างตัวอย่างแบตเตอรี่ที่มีความจุและพารามิเตอร์ประสิทธิภาพที่ระบุในสภาพห้องปฏิบัติการได้ การศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้และการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตบนพื้นฐานของปรากฏการณ์นี้ให้คำมั่นสัญญาถึงโอกาสอันน่าอัศจรรย์ จากการคำนวณของ Chang ความจุของแบตเตอรี่อาจเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับระบบอะนาล็อกที่มีอยู่ และราคาอาจลดลงครึ่งหนึ่ง วิธีการจัดระเบียบตนเองทำให้สามารถสร้างแบตเตอรี่ที่มีรูปร่างเล็กกว่าหัวไม้ขีดได้ รวมถึงแบตเตอรี่ที่อยู่ภายในผู้บริโภคในปัจจุบันโดยตรงด้วย

ก้าวสู่ธุรกิจขนาดใหญ่

ในเวลานั้น Bart Riley วิศวกรไฟฟ้าเคมีทำงานที่ American Semiconductor ซึ่งผลิตเซมิคอนดักเตอร์หลายประเภท เขามีความคุ้นเคยมายาวนานและมีความสนใจทางวิทยาศาสตร์ร่วมกับช้าง เมื่อ Chang เล่าให้ Riley ฟังถึงการค้นพบที่ไม่คาดคิดของเขา แนวคิดในการสร้างธุรกิจโดยอิงจากปรากฏการณ์ของการจัดระเบียบตนเองก็เกิดขึ้นเกือบจะในทันที แต่ทั้งคู่ต่างก็ไม่รู้ว่าบริษัทต่างๆ ถูกสร้างขึ้นมาได้อย่างไร ผู้ก่อตั้งคนที่สามของ A123 Systems คือ Rick Fulap ผู้ประกอบการที่รู้วิธีเปลี่ยนความคิดดีๆ ให้กลายเป็นเงินก้อนใหญ่ เมื่ออายุ 26 ปี Fulap ได้สร้างบริษัทขึ้นมาแล้ว 5 แห่งตั้งแต่เริ่มต้นและเปิดตัวสู่ธุรกิจขนาดใหญ่ วันหนึ่ง ในวารสารวิทยาศาสตร์ของ MIT Fulap ได้พบบทความของศาสตราจารย์ Chang เกี่ยวกับเทคโนโลยีลิเธียมไอออน ริกไม่เข้าใจสิ่งที่เขาอ่านเลยจึงกดหมายเลขโทรศัพท์ของศาสตราจารย์ เพื่อตอบรับข้อเสนอเข้าสู่ธุรกิจคาร์บอนไฟเบอร์ ช้างตอบว่ามีความคิดที่ดีกว่านี้ และฟูลาบก็นอนไม่หลับจนถึงเช้า

ก่อนอื่น พันธมิตรสามารถรับใบอนุญาตจาก MIT สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมของเทคนิคการจัดการแบตเตอรี่ด้วยตนเอง และซื้อสิทธิ์ในวัสดุแคโทดที่ได้รับในห้องปฏิบัติการของ Chang นั่นคือลิเธียมเหล็กฟอสเฟต เขาไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์การจัดการตนเอง แต่ Fulap ตัดสินใจว่าสิทธิ์ใน Li-Fe จะไม่กระทบกระเทือน อย่าปล่อยให้ความดีต้องสูญเปล่า! นอกจากนี้ ช้างยังได้รับทุนพิเศษเพื่อดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับ Li-Fe ต่อไป ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2544 Rick Fulap กำลังเดินไปรอบ ๆ กองทุนร่วมลงทุนเพื่อค้นหากองทุน เขาสามารถสร้างการแข่งขันในหมู่นักลงทุน โดยกระตุ้นให้เกิดรายงานข่าวเกี่ยวกับโอกาสทางการตลาดที่ยอดเยี่ยมของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมากขึ้นเรื่อยๆ

ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2544 เงินจำนวน 8 ล้านดอลลาร์แรกเข้าบัญชีของบริษัท สี่เดือนหลังจากเริ่มโครงการ ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2545 ผู้นำตลาดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เคลื่อนที่ Motorola และ Qualcomm ได้เข้ามาทำธุรกิจนี้ โดยมองเห็นศักยภาพมหาศาลในเทคโนโลยีใหม่ Bart Riley จำได้ด้วยรอยยิ้มว่า Fulap กระโดดเข้าหา Paul Jacobs รองประธานของ Qualcomm ในการประชุมได้อย่างไร ภายในหนึ่งนาที Rick เกือบจะจับ Jacobs ที่ปกเสื้อแจ็คเก็ตของเขาและสามารถอธิบายให้ Jacob ทราบถึงข้อดีของเทคโนโลยี A123 เหนือคู่แข่งได้อย่างชัดเจน และไม่กี่วินาทีต่อมาเขาก็ตั้งคำถามอย่างตรงไปตรงมา - ลงทุนวันนี้ พรุ่งนี้จะเป็น สายเกินไป! และหลังจากนั้นสองสามวัน จาคอบส์ก็ตัดสินใจได้ถูกต้อง ในไม่ช้า นักลงทุนของ A123 ก็รวมอยู่ด้วย: บริษัท Sequoia Capital ที่มีชื่อเสียงซึ่งครั้งหนึ่งสร้างเงินให้กับ Google และ Yahoo, General Electric, Procter & Gamble และบริษัทขนาดใหญ่อื่น ๆ อีกมากมาย

จองร่มชูชีพ

เมื่อถึงต้นปี 2546 งานก็หยุดชะงัก ปรากฎว่าเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มใช้งานได้เพียงบางส่วนเท่านั้น - กระบวนการจัดระเบียบตนเองไม่เสถียร ปัญหาร้ายแรงเกิดขึ้นกับเทคโนโลยีในการผลิตอนุภาคนาโนอิเล็กโทรดที่มีขนาดและคุณสมบัติสม่ำเสมอ ส่งผลให้ประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์มีตั้งแต่โดดเด่นไปจนถึงใช้งานไม่ได้ อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ที่ได้นั้นด้อยกว่าอะนาล็อกที่มีอยู่อย่างมากเนื่องจากจุดอ่อนของโครงตาข่ายคริสตัลของอิเล็กโทรด มันพังทลายลงในหลายรอบการปลดปล่อย Chang ตระหนักดีว่าการสร้างสรรค์เทคโนโลยีทางอุตสาหกรรมสำหรับแบตเตอรี่ในอุดมคติยังอยู่ห่างไกลออกไปมาก โปรเจ็กต์กำลังแตกที่ตะเข็บ...

เมื่อถึงเวลานั้น งานเกี่ยวกับลิเธียมเฟอร์โรฟอสเฟตก็ให้ผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิด ในตอนแรกคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเหล็กฟอสเฟตดูเรียบง่ายมาก ข้อดีของ Li-Fe เหนือ LiCoO2 คือ ไม่เป็นพิษ ต้นทุนต่ำ และไวต่อความร้อนน้อยกว่า มิฉะนั้น เฟอร์โรฟอสเฟตจะด้อยกว่าโคบอลเทตอย่างมาก - 20% ในด้านความเข้มข้นของพลังงาน, 30% ในด้านการผลิต และในจำนวนรอบการทำงาน ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่ที่มีแคโทดที่ทำจาก Li-Fe หลักนั้นไม่เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เคลื่อนที่ ซึ่งความจุมีความสำคัญอย่างยิ่ง เฟอร์โรฟอสเฟตจำเป็นต้องมีการดัดแปลงเชิงลึก Chang เริ่มทดลองด้วยการเติมไนโอเบียมและโลหะอื่นๆ ลงในโครงสร้างอิเล็กโทรด และลดขนาดของอนุภาค Li-Fe แต่ละตัวให้เหลือหนึ่งร้อยนาโนเมตร และวัสดุก็เปลี่ยนไปอย่างแท้จริง! เนื่องจากพื้นที่ผิวแอคทีฟเพิ่มขึ้นหลายพันเท่าและค่าการนำไฟฟ้าที่ดีขึ้นเนื่องจากการนำเข้าทองคำและทองแดง แบตเตอรี่ที่มีแคโทดที่ทำจาก Li-Fe ที่มีโครงสร้างนาโนจึงเหนือกว่าโคบอลต์ทั่วไปในกระแสคายประจุถึงสิบเท่า โครงสร้างผลึกของอิเล็กโทรดไม่ได้เสื่อมสภาพตามกาลเวลา การเพิ่มโลหะทำให้คอนกรีตแข็งแรงขึ้น เช่นเดียวกับการเสริมแรงคอนกรีต ดังนั้นจำนวนรอบของแบตเตอรี่จึงเพิ่มขึ้นมากกว่าสิบเท่า - เป็น 7,000! ในความเป็นจริง แบตเตอรี่ดังกล่าวสามารถใช้งานได้กับอุปกรณ์ที่จ่ายไฟอยู่หลายรุ่น นอกจากนี้ ไม่ต้องสร้างเทคโนโลยีการผลิตใหม่ๆ สำหรับ Li-Fe นั่นหมายความว่าผลิตภัณฑ์ที่ Riley, Chang และ Fulap สร้างขึ้นนั้นพร้อมสำหรับการผลิตจำนวนมากทันที

“หากคุณเป็นบริษัทขนาดเล็กที่มีเงินทุนจำกัด คุณมักจะมุ่งเน้นไปที่สิ่งหนึ่ง” Riley กล่าว – แต่ปรากฎว่าเรามีสองไอเดียอยู่ในกระเป๋า! นักลงทุนเรียกร้องให้ทำงานในหัวข้อดั้งเดิมของโครงการต่อไป และปล่อยนาโนฟอสเฟตไว้จนกว่าจะถึงเวลาที่ดีขึ้น แต่เราทำมันในแบบของเรา เราส่งทีมวิศวกรเล็กๆ ไปสู่ทิศทางใหม่ พวกเขาได้รับเป้าหมายเฉพาะ นั่นคือการพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการผลิตวัสดุนาโนแคโทดทางอุตสาหกรรม” เมื่อปรากฏในภายหลัง การตัดสินใจที่ดื้อรั้นนี้ช่วยให้โครงการทั้งหมดไม่ล่มสลาย หลังจากความสำเร็จที่ชัดเจนครั้งแรกกับนาโนฟอสเฟต งานเพิ่มเติมเกี่ยวกับการจัดระเบียบตนเองก็ถูกเก็บเอาไว้ แต่ก็ไม่ลืม ท้ายที่สุดแล้ว สักวันหนึ่งประวัติศาสตร์อาจซ้ำรอยในทิศทางตรงกันข้ามอย่างแน่นอน

ยักษ์ใหญ่ด้านอุตสาหกรรม

หนึ่งเดือนหลังจากนั้น A123 ได้ทำสัญญาที่เป็นเวรเป็นกรรมกับบริษัท Black & Decker ที่มีชื่อเสียง ปรากฎว่า Black & Decker ได้พัฒนาเครื่องมือไฟฟ้าในการก่อสร้างเจเนอเรชั่นใหม่มาเป็นเวลาหลายปี - อุปกรณ์พกพาแบบพกพาที่ทรงพลัง แต่การเปิดตัวผลิตภัณฑ์ใหม่เกิดความล่าช้าเนื่องจากขาดแหล่งจ่ายกระแสไฟที่เหมาะสม แบตเตอรี่ NiMH และ NiCd ไม่เหมาะสมกับบริษัทในแง่ของน้ำหนัก ขนาด และลักษณะการทำงาน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบธรรมดานั้นมีความจุค่อนข้างมาก แต่ไม่ได้ให้กระแสโหลดที่สูง และเมื่อคายประจุอย่างรวดเร็วก็จะร้อนมากจนสามารถติดไฟได้ นอกจากนี้ เวลาที่ใช้ในการชาร์จยังนานเกินไป และเครื่องมือพกพาก็ต้องพร้อมอยู่เสมอ แบตเตอรี่ A123 เหมาะอย่างยิ่งสำหรับวัตถุประสงค์เหล่านี้ มีขนาดกะทัดรัด ทรงพลังและปลอดภัยอย่างยิ่ง เวลาในการชาร์จจนเต็มความจุ 80% ใช้เวลาเพียง 12 นาที และเมื่อโหลดสูงสุด แบตเตอรี่ Li-Fe จะพัฒนาพลังงานที่สูงกว่าเครื่องมือแบบมีสาย! กล่าวโดยย่อคือ Black & Decker ค้นพบสิ่งที่ต้องการอย่างแน่นอน

เมื่อถึงเวลานั้น A123 มีแบตเตอรี่ต้นแบบเพียงเหรียญสตางค์เท่านั้น และ Black & Decker ต้องการแบตเตอรี่จริงหลายล้านก้อน Fulap และ Riley ดำเนินงานจำนวนมหาศาลเพื่อสร้างโรงงานผลิตของตนเอง และภายในหนึ่งปีหลังจากการลงนามในสัญญา ก็ได้เริ่มการผลิตผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์อย่างต่อเนื่องในประเทศจีน พลังและแรงผลักดันของ Fulap ในการทำข้อตกลงกับ Black & Decker ทำให้ A123 เข้าสู่วงการอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ได้อย่างรวดเร็ว ในเวลาไม่ถึงหกปี บริษัท Massachusetts ได้เติบโตจากแนวคิดที่บริสุทธิ์ไปสู่ศูนย์วิจัยและการผลิตขนาดใหญ่ที่มีโรงงาน 6 แห่งและพนักงาน 900 คน ปัจจุบัน A123 Systems ถือสิทธิบัตรและการยื่นขอสิทธิบัตร 120 ฉบับในสาขาเคมีไฟฟ้า และศูนย์วิจัยเทคโนโลยีลิเธียมไอออนของบริษัทก็ถือว่าดีที่สุดในอเมริกาเหนือ

แต่บริษัทไม่ได้หยุดเพียงแค่นั้น ในช่วงครึ่งปีที่ผ่านมา คุณสมบัติของนาโนฟอสเฟตดั้งเดิมได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นอย่างมาก และมีการพัฒนาอิเล็กโทรไลต์ชนิดใหม่ มีการสร้างระบบควบคุมการชาร์จอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงและเชื่อถือได้มากขึ้น การออกแบบชุดแบตเตอรี่หลายประเภทได้รับการพัฒนาเพื่อใช้ในเทคโนโลยีสาขาต่างๆ แต่ก้าวสำคัญไปข้างหน้าอย่างแน่นอนคือการพัฒนาแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฮบริดเชฟโรเลต โวลต์ ในอนาคต

เทคโนโลยีการผลิตแบตเตอรี่ไม่หยุดนิ่ง และแบตเตอรี่ Ni-Cd (นิกเกิล-แคดเมียม) และ Ni-MH (นิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์) ก็ค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยแบตเตอรี่ในตลาด...

รายชื่อบริษัทที่ผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Li-ion), ลิเธียมโพลีเมอร์ (Li-Po), ลิเธียมฟอสเฟต (Li-Fe / LiFePO4) ในประเทศต่างๆ ทั่วโลก ชื่อผู้ผลิต สถานที่...

อุปกรณ์สมัยใหม่มีความซับซ้อนและทรงพลังมากขึ้นทุกวัน มาตรฐานเทคโนโลยีชั้นสูงกำหนดให้มีความต้องการแบตเตอรี่เพิ่มมากขึ้น ซึ่งขณะนี้ต้องรวมสมรรถนะสูง ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และพลังงานสำรองที่เพิ่มขึ้นเข้าด้วยกัน

การแนะนำอุปกรณ์ไฟฟ้าประเภทใหม่ในการผลิตการเร่งกระบวนการทางเทคโนโลยี - ทั้งหมดนี้เพิ่มความต้องการแหล่งพลังงานและแบตเตอรี่สมัยใหม่ไม่สามารถตอบสนองได้อีกต่อไป เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ผู้ผลิตได้ใช้เส้นทางของการปรับปรุงเทคโนโลยีลิเธียมไอออน นี่คือที่มาของลิเธียมเหล็กฟอสเฟต ซึ่งเป็นผู้สืบทอดทางอุดมการณ์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

การอ้างอิงทางประวัติศาสตร์

LiFePO4 หรือ LFP ซึ่งเป็นแร่ธาตุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในตระกูลโอลิวีน ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1996 โดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเท็กซัส John Goodenough ซึ่งกำลังมองหาวิธีปรับปรุงแหล่งพลังงาน Li-ion สิ่งที่น่าสังเกตก็คือความจริงที่ว่าแร่นี้มีความเป็นพิษน้อยกว่าและมีเสถียรภาพทางความร้อนสูงกว่าอิเล็กโทรดทั้งหมดที่รู้จักในขณะนั้น

นอกจากนี้ยังพบได้ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติและมีต้นทุนที่ต่ำกว่า ข้อเสียเปรียบหลักของอิเล็กโทรดที่ใช้ LiFePO4 คือความจุไฟฟ้าต่ำ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตไม่ได้รับการพัฒนาอีกต่อไป

การวิจัยในทิศทางนี้กลับมาดำเนินการอีกครั้งในปี 2003 ทีมนักวิทยาศาสตร์ทำงานเพื่อสร้างแบตเตอรี่ใหม่โดยพื้นฐานที่จะมาแทนที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ทันสมัยที่สุดในขณะนั้น บริษัทขนาดใหญ่ เช่น Motorola และ Qualcomm เริ่มสนใจโครงการนี้ ซึ่งทำให้แบตเตอรี่ที่มีองค์ประกอบแคโทด LiFePO4 มีลักษณะที่ใกล้ชิดยิ่งขึ้น

แบตเตอรี่ที่ใช้ LiFePO4

ประเภทนี้ใช้เทคโนโลยีการผลิตกระแสไฟฟ้าแบบเดียวกับเซลล์ลิเธียมไอออนที่เราคุ้นเคย อย่างไรก็ตามมีความแตกต่างที่สำคัญหลายประการระหว่างกัน ประการแรกคือการใช้ BMS ประเภทของตัวเองซึ่งเป็นระบบการจัดการที่ปกป้องแบตเตอรี่ไฟฟ้าจากการชาร์จไฟเกินและการคายประจุอย่างรุนแรง เพิ่มอายุการใช้งาน และทำให้แหล่งพลังงานมีเสถียรภาพมากขึ้น

ประการที่สอง LiFePO4 ต่างจาก LiCoO2 ที่มีพิษน้อยกว่า ข้อเท็จจริงนี้ช่วยให้เราหลีกเลี่ยงปัญหาหลายประการที่เกี่ยวข้องกับมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ลดการปล่อยโคบอลต์สู่ชั้นบรรยากาศเนื่องจากการทิ้งแบตเตอรี่ที่ไม่เหมาะสม

สุดท้าย เนื่องจากขาดมาตรฐาน LFP ที่สม่ำเสมอ องค์ประกอบจึงมีองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน ซึ่งทำให้ลักษณะทางเทคนิคของแบบจำลองแตกต่างกันไปในช่วงกว้าง นอกจากนี้ การบำรุงรักษาแหล่งจ่ายไฟเหล่านี้มีความซับซ้อนมากขึ้นและต้องปฏิบัติตามกฎเกณฑ์บางประการ

ข้อมูลจำเพาะ

เป็นเรื่องที่ควรกล่าวว่าแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต 48 โวลต์, 36 โวลต์และ 60 โวลต์ถูกสร้างขึ้นโดยการเชื่อมต่อแต่ละเซลล์แบบอนุกรมเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าสูงสุดในส่วน LFP เดียวต้องไม่เกิน 3.65 V ดังนั้นตัวบ่งชี้ทางเทคนิคของแบตเตอรี่แต่ละก้อนจึงอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ จากกัน - ทั้งหมดขึ้นอยู่กับการประกอบและองค์ประกอบทางเคมีเฉพาะ

เพื่อวิเคราะห์ลักษณะทางเทคนิคเราจะนำเสนอค่าที่ระบุของแต่ละเซลล์

การใช้งานความสามารถของเซลล์แต่ละเซลล์อย่างดีที่สุดนั้นเกิดขึ้นได้จากแบตเตอรี่ Everexceed แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต Everexceed มีอายุการใช้งานยาวนาน โดยรวมแล้วสามารถทนต่อรอบการปล่อยประจุได้มากถึง 4,000 รอบโดยสูญเสียความจุมากถึง 20% และพลังงานสำรองจะถูกเติมเต็มใน 12 นาที เมื่อคำนึงถึงเรื่องนี้ เราสามารถสรุปได้ว่าแบตเตอรี่ Everexceed เป็นหนึ่งในตัวแทนที่ดีที่สุดขององค์ประกอบ LFP

ข้อดีและข้อเสีย

ข้อได้เปรียบหลักที่ทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตแตกต่างจากแบตเตอรี่ประเภทอื่นคือความทนทาน องค์ประกอบดังกล่าวสามารถทนต่อรอบการปล่อยประจุได้มากกว่า 3,000 รอบเมื่อระดับไฟฟ้าลดลงเหลือ 30% และมากกว่า 2,000 รอบเมื่อลดลงเหลือ 20% ด้วยเหตุนี้อายุการใช้งานแบตเตอรี่โดยเฉลี่ยจึงอยู่ที่ประมาณ 7 ปี

กระแสไฟชาร์จที่เสถียรเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญประการที่สองขององค์ประกอบ LFP แรงดันไฟขาออกยังคงอยู่ที่ 3.2 V จนกว่าประจุจะหมดจนหมด ซึ่งช่วยลดความยุ่งยากในแผนภาพการเดินสายไฟและไม่จำเป็นต้องใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า

กระแสไฟสูงสุดที่สูงขึ้นเป็นข้อได้เปรียบประการที่สาม คุณสมบัติของแบตเตอรี่นี้ช่วยให้สามารถผลิตพลังงานสูงสุดได้แม้ในอุณหภูมิที่ต่ำมาก ที่พักแห่งนี้ได้แจ้งให้ผู้ผลิตรถยนต์ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเป็นแหล่งพลังงานหลักในการสตาร์ทเครื่องยนต์เบนซินและดีเซล

นอกเหนือจากข้อดีที่นำเสนอทั้งหมดแล้ว แบตเตอรี่ LiFePO4 ยังมีข้อเสียเปรียบที่สำคัญประการหนึ่งนั่นคือ มีน้ำหนักและขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นการจำกัดการใช้งานในเครื่องจักรและอุปกรณ์ไฟฟ้าบางประเภท

คุณสมบัติของการดำเนินงาน

หากคุณซื้อแบตเตอรี่ลิเธียมฟอสเฟตสำเร็จรูปคุณจะไม่มีปัญหาในการบำรุงรักษาและการใช้งาน ทั้งหมดนี้ต้องขอบคุณความจริงที่ว่าผู้ผลิตสร้างบอร์ด BMS ไว้ในองค์ประกอบดังกล่าวซึ่งป้องกันการชาร์จไฟเกินและป้องกันไม่ให้องค์ประกอบถูกปล่อยลงสู่ระดับที่ต่ำมาก

แต่ถ้าคุณซื้อเซลล์แต่ละเซลล์ (เช่น แบตเตอรี่เซลล์ปากกา) คุณจะต้องตรวจสอบระดับการชาร์จด้วยตนเอง เมื่อประจุลดลงต่ำกว่าระดับวิกฤติ (ต่ำกว่า 2.00 V) ความจุจะเริ่มลดลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งจะทำให้ไม่สามารถชาร์จเซลล์ได้ ในทางกลับกัน หากคุณปล่อยให้มีการชาร์จไฟเกิน (สูงกว่า 3.75 V) เซลล์ก็จะพองตัวเนื่องจากก๊าซที่ปล่อยออกมา

หากคุณใช้แบตเตอรี่ที่คล้ายกันกับรถยนต์ไฟฟ้า หลังจากชาร์จครบ 100% แล้ว คุณจะต้องถอดแบตเตอรี่ออก มิฉะนั้น แบตเตอรี่จะบวมเนื่องจากกระแสไฟฟ้าอิ่มตัวมากเกินไป

กฎการดำเนินงาน

หากคุณวางแผนที่จะใช้แบตเตอรี่ลิเธียม-ฟอสฟอรัสที่ไม่อยู่ในโหมดไซคลิก แต่อยู่ในโหมดบัฟเฟอร์ เช่น เป็นแหล่งพลังงานสำหรับ UPS หรือใช้ร่วมกับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ คุณจะต้องระมัดระวังในการลดระดับการชาร์จลงเหลือ 3.40 -3.45 V. จัดการกับงานนี้โดยเครื่องชาร์จ "อัจฉริยะ" ซึ่งในโหมดอัตโนมัติจะเติมพลังงานให้สมบูรณ์ก่อนแล้วจึงลดระดับแรงดันไฟฟ้าลง

ในระหว่างการดำเนินการคุณจะต้องตรวจสอบความสมดุลของเซลล์หรือใช้แผงปรับสมดุลพิเศษ (มีอยู่แล้วในแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า) ความไม่สมดุลของเซลล์เป็นภาวะที่แรงดันไฟฟ้าโดยรวมของอุปกรณ์ยังคงอยู่ที่ระดับที่กำหนด แต่แรงดันไฟฟ้าของเซลล์จะแตกต่างออกไป

ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของความต้านทานของแต่ละส่วนและการสัมผัสที่ไม่ดีระหว่างส่วนต่างๆ หากเซลล์มีแรงดันไฟฟ้าต่างกัน เซลล์จะชาร์จและคายประจุไม่สม่ำเสมอ ซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลดลงอย่างมาก

การว่าจ้างแบตเตอรี่

ก่อนใช้แบตเตอรี่ลิเธียม-ฟอสฟอรัสที่ประกอบจากแต่ละเซลล์ จะต้องระมัดระวังเพื่อปรับสมดุลของระบบ เนื่องจากแต่ละส่วนอาจมีระดับการชาร์จที่แตกต่างกัน ในการดำเนินการนี้ ส่วนประกอบทั้งหมดจะเชื่อมต่อขนานกันและเชื่อมต่อกับวงจรเรียงกระแสและเครื่องชาร์จ เซลล์ที่เชื่อมต่อในลักษณะนี้จะต้องชาร์จที่ 3.6 V.

เมื่อใช้แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตสำหรับรถจักรยานไฟฟ้าคุณอาจสังเกตเห็นว่าในนาทีแรกของการใช้งานแบตเตอรี่จะผลิตพลังงานสูงสุดจากนั้นประจุจะลดลงอย่างรวดเร็วถึงระดับ 3.3-3.0 V อย่ากลัวสิ่งนี้ เพราะนี่คือการทำงานของแบตเตอรี่ตามปกติ ความจริงก็คือความจุหลัก (ประมาณ 90%) อยู่ในช่วงนี้อย่างแม่นยำ

บทสรุป

ประสิทธิภาพสูงกว่าแบตเตอรี่อื่นๆ ถึง 20-30% ในขณะเดียวกันก็ใช้งานได้นานกว่าแหล่งไฟฟ้าอื่นถึง 2-3 ปี และยังให้กระแสไฟฟ้าที่เสถียรตลอดระยะเวลาการทำงานอีกด้วย ทั้งหมดนี้เน้นให้เห็นองค์ประกอบที่นำเสนอในแง่ดี

อย่างไรก็ตาม คนส่วนใหญ่จะยังคงเพิกเฉยต่อแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตต่อไป ข้อดีและข้อเสียของแบตเตอรี่ซีดเมื่อเปรียบเทียบกับราคา - มากกว่าเซลล์กรดตะกั่วที่เราคุ้นเคยถึง 5-6 เท่า โดยเฉลี่ยแล้วแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์มีราคาประมาณ 26,000 รูเบิล

ตลาดสมัยใหม่เต็มไปด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่หลากหลาย มีการพัฒนาแหล่งพลังงานขั้นสูงมากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับการดำเนินงาน ในหมู่พวกเขาแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตครอบครองสถานที่พิเศษ ปลอดภัย มีความจุไฟฟ้าสูง ไม่ปล่อยสารพิษ และทนทาน บางทีแบตเตอรี่เหล่านี้อาจจะแทนที่ "พี่น้อง" ของพวกเขาจากอุปกรณ์ในไม่ช้า

สารบัญ

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตคืออะไร

แบตเตอรี่ LiFePo4 เป็นแหล่งพลังงานคุณภาพสูงและเชื่อถือได้พร้อมประสิทธิภาพสูง พวกเขากำลังเปลี่ยนไม่เพียงแต่แบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่ล้าสมัยเท่านั้น แต่ยังเปลี่ยนแบตเตอรี่ Li-ion สมัยใหม่ด้วย ปัจจุบัน แบตเตอรี่เหล่านี้ไม่ได้พบเฉพาะในอุปกรณ์อุตสาหกรรมเท่านั้น แต่ยังพบได้ในอุปกรณ์ในครัวเรือนด้วย ตั้งแต่สมาร์ทโฟนไปจนถึงรถจักรยานไฟฟ้า

แบตเตอรี่ LFP ได้รับการพัฒนาโดยสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ในปี 2546 ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยี Li-ion ที่ได้รับการปรับปรุงโดยมีองค์ประกอบทางเคมีที่ดัดแปลง: ลิเธียมเฟอร์โรฟอสเฟตใช้สำหรับขั้วบวกแทนลิเธียมโคบอลเตต แบตเตอรี่กลายเป็นที่แพร่หลายต้องขอบคุณบริษัทต่างๆ เช่น Motorola และ Qualcomm

วิธีการผลิตแบตเตอรี่ LiFePo4

ส่วนประกอบหลักสำหรับการผลิตแบตเตอรี่ LiFePo4 จะถูกส่งไปยังโรงงานในรูปแบบผงสีเทาเข้มที่มีความมันวาวเป็นโลหะ รูปแบบการผลิตสำหรับแอโนดและแคโทดจะเหมือนกัน แต่เนื่องจากส่วนประกอบผสมไม่สามารถยอมรับได้ การดำเนินการทางเทคโนโลยีทั้งหมดจึงดำเนินการในเวิร์กช็อปที่แตกต่างกัน การผลิตทั้งหมดแบ่งออกเป็นหลายขั้นตอน

ขั้นแรก.การสร้างอิเล็กโทรด เมื่อต้องการทำเช่นนี้ องค์ประกอบทางเคมีที่เสร็จแล้วจะถูกปกคลุมทั้งสองด้านด้วยฟอยล์โลหะ (โดยปกติแล้วอลูมิเนียมสำหรับแคโทดและทองแดงสำหรับขั้วบวก) ฟอยล์ได้รับการบำบัดล่วงหน้าด้วยระบบกันสะเทือนเพื่อให้สามารถทำหน้าที่เป็นตัวรับและองค์ประกอบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้ องค์ประกอบที่เสร็จแล้วจะถูกตัดเป็นเส้นบาง ๆ แล้วพับหลาย ๆ ครั้งเพื่อสร้างเซลล์สี่เหลี่ยม

ขั้นตอนที่สองประกอบแบตเตอรี่โดยตรง แคโทดและแอโนดในรูปแบบของเซลล์จะถูกวางไว้บนทั้งสองด้านของตัวแยกที่ทำจากวัสดุที่มีรูพรุนและยึดให้แน่น บล็อกที่ได้จะถูกวางในภาชนะพลาสติกที่บรรจุอิเล็กโทรไลต์และปิดผนึกไว้

ขั้นตอนสุดท้ายควบคุมการชาร์จ/คายประจุแบตเตอรี่ การชาร์จจะดำเนินการโดยเพิ่มแรงดันไฟฟ้าทีละน้อยเพื่อไม่ให้เกิดการระเบิดหรือการจุดระเบิดเนื่องจากการปล่อยความร้อนจำนวนมาก ในการคายประจุแบตเตอรี่จะเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ทรงพลัง หากไม่มีการระบุความเบี่ยงเบน องค์ประกอบที่เสร็จแล้วจะถูกส่งไปยังลูกค้า

หลักการทำงานและการออกแบบแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

แบตเตอรี่ LFP ประกอบด้วยอิเล็กโทรดที่ถูกกดให้แน่นกับตัวแยกที่มีรูพรุนทั้งสองด้าน ในการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ ทั้งแคโทดและแอโนดจะเชื่อมต่อกับตัวสะสมกระแสไฟฟ้า ส่วนประกอบทั้งหมดถูกใส่ไว้ในกล่องพลาสติกและเต็มไปด้วยอิเล็กโทรไลต์ มีการวางคอนโทรลเลอร์ไว้บนเคสซึ่งควบคุมการจ่ายกระแสไฟระหว่างการชาร์จ

หลักการทำงานของแบตเตอรี่ LiFePo4 ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาระหว่างลิเธียมเฟอร์โรฟอสเฟตและคาร์บอน ปฏิกิริยาเกิดขึ้นตามสูตร:

LiFePO 4 + 6C → Li 1-x FePO 4 + LiC 6

ตัวพาประจุของแบตเตอรี่เป็นลิเธียมไอออนที่มีประจุบวก มีความสามารถในการเจาะเข้าไปในโครงตาข่ายคริสตัลของวัสดุอื่น ๆ ทำให้เกิดพันธะเคมี

ลักษณะทางเทคนิคของแบตเตอรี่ LiFePo4

ไม่ว่าผู้ผลิตจะเป็นรายใด เซลล์ LFP ทั้งหมดจะมีลักษณะทางเทคนิคเหมือนกัน:

• แรงดันไฟสูงสุด – 3.65 V;
• แรงดันไฟฟ้าที่จุดกึ่งกลาง – 3.3 V;
• แรงดันไฟฟ้าในสถานะคายประจุจนหมด – 2.0 V;
• พิกัดแรงดันไฟฟ้า – 3.0-3.3 V;
• แรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำภายใต้โหลด – 2.8 V;
• ความทนทาน - ตั้งแต่ 2 ถึง 7,000 รอบการชาร์จ/คายประจุ
• ชาร์จเองได้ที่อุณหภูมิ 15-18 C – สูงถึง 5% ต่อปี

คุณลักษณะทางเทคนิคที่นำเสนออ้างอิงถึงเซลล์ LiFePo4 โดยเฉพาะ พารามิเตอร์ของแบตเตอรี่จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับจำนวนแบตเตอรี่ที่รวมอยู่ในแบตเตอรี่หนึ่งก้อน

สำเนาที่ผลิตในประเทศมีลักษณะดังต่อไปนี้:

• ความจุ - สูงถึง 2,000 Ah;
• แรงดันไฟฟ้า - 12 โวลต์, 24 โวลต์, 36 โวลต์ และ 48 โวลต์;
• ด้วยช่วงอุณหภูมิการทำงานตั้งแต่ -30 ถึง +60 Со;
• ด้วยกระแสไฟชาร์จ - ตั้งแต่ 4 ถึง 30A

แบตเตอรี่ทั้งหมดจะไม่สูญเสียคุณภาพระหว่างการเก็บรักษาเป็นเวลา 15 ปี มีแรงดันไฟฟ้าคงที่ และมีความเป็นพิษต่ำ

แบตเตอรี่ LiFePo4 มีกี่ประเภท?

เซลล์ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตต่างจากแบตเตอรี่ที่เราคุ้นเคยซึ่งมีเครื่องหมาย AA หรือ AAA กำกับไว้ โดยมีรูปแบบที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง โดยขนาดของแบตเตอรี่จะถูกเข้ารหัสด้วยตัวเลข 5 หลัก ทั้งหมดนำเสนอในตาราง

ขนาดมาตรฐาน	ขนาด DxL (มม.)
14430	14x43
14505	14x50
17335	17x33
18500	18x50
18650	18x65
26650	26x65
32600	32x60
32900	32x90
38120	38x120
40160	40x160
42120	42x120

แม้ว่าจะไม่มีโต๊ะที่มีเครื่องหมายอยู่ข้างหน้า คุณก็สามารถสำรวจขนาดของแบตเตอรี่ได้อย่างง่ายดาย รหัสสองตัวแรกระบุเส้นผ่านศูนย์กลาง ส่วนที่เหลือระบุความยาวของแหล่งพลังงาน (มม.) หมายเลข 5 ที่ส่วนท้ายของขนาดมาตรฐานบางขนาดจะเท่ากับครึ่งมิลลิเมตร

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต: ข้อดีและข้อเสีย

แบตเตอรี่ LFP ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยี Li-ion ซึ่งช่วยให้สามารถดูดซับข้อดีทั้งหมดของแหล่งพลังงานเหล่านี้และในขณะเดียวกันก็กำจัดข้อเสียโดยธรรมชาติ

ข้อดีหลัก ๆ ได้แก่ :

1. ความทนทาน – มากถึง 7,000 รอบ
2. กระแสไฟชาร์จสูง ซึ่งช่วยลดเวลาการเติมพลังงาน
3. แรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่เสถียรซึ่งจะไม่ลดลงจนกว่าประจุจะหมดลงจนหมด
4. แรงดันไฟฟ้าสูงสุดสูง - 3.65 โวลต์
5. ความจุพิกัดสูง
6. น้ำหนักเบา - มากถึงหลายกิโลกรัม
7. มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมในระดับต่ำระหว่างการกำจัด
8. ความต้านทานฟรอสต์ – ทำงานที่อุณหภูมิตั้งแต่ -30 ถึง +60C

แต่แบตเตอรี่ก็มีข้อเสียเช่นกัน ประการแรกคือต้นทุนสูง ราคาขององค์ประกอบ 20 Ah สามารถเข้าถึง 35,000 รูเบิล ข้อเสียประการที่สองและสุดท้ายคือความยากในการประกอบแบตเตอรีแบตเตอรีด้วยตนเอง ซึ่งต่างจากเซลล์ลิเธียมไอออน ยังไม่มีการระบุข้อเสียที่ชัดเจนอื่น ๆ ของแหล่งพลังงานเหล่านี้

เครื่องชาร์จและวิธีชาร์จ LiFePo4

เครื่องชาร์จสำหรับแบตเตอรี่ LiFePo4 นั้นแทบไม่แตกต่างจากอินเวอร์เตอร์ทั่วไปเลย โดยเฉพาะอย่างยิ่งคุณสามารถบันทึกกระแสเอาต์พุตสูงถึง 30A ซึ่งใช้เพื่อชาร์จองค์ประกอบต่างๆ อย่างรวดเร็ว

หากคุณซื้อแบตเตอรี่สำเร็จรูป คุณไม่น่าจะมีปัญหาในการชาร์จ การออกแบบนี้มีระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ในตัวที่ช่วยปกป้องเซลล์ทั้งหมดจากการคายประจุจนหมดและความอิ่มตัวของกระแสไฟฟ้ามากเกินไป ระบบที่มีราคาแพงใช้แผงปรับสมดุลซึ่งกระจายพลังงานอย่างเท่าเทียมกันระหว่างเซลล์ทั้งหมดของอุปกรณ์

สิ่งสำคัญคือเมื่อชาร์จใหม่ไม่ให้เกินจำนวนแอมแปร์ที่แนะนำ หากคุณใช้ที่ชาร์จของบริษัทอื่น ซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่สั้นลงหลายครั้งต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง หากแบตเตอรี่ร้อนขึ้นหรือบวม แสดงว่าความแรงของกระแสไฟเกินค่าที่อนุญาต

แบตเตอรี่ LiFePo4 ใช้ที่ไหน

แบตเตอรี่ LFP มีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออุตสาหกรรม ใช้เพื่อรักษาการทำงานของอุปกรณ์ที่สถานีตรวจอากาศและโรงพยาบาล พวกมันยังถูกนำไปใช้เป็นกันชนในฟาร์มกังหันลมและใช้เพื่อกักเก็บพลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์

แบตเตอรี่ 12 โวลต์เริ่มถูกนำมาใช้ในรถยนต์สมัยใหม่ แทนที่จะเป็นเซลล์กรดตะกั่วตามปกติ โครงสร้าง LiFePo4 ได้รับการติดตั้งเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับรถจักรยานไฟฟ้า รถเอทีวี และเรือยนต์

ความหมายของพวกเขาแพร่หลายในชีวิตประจำวัน มีอยู่ในโทรศัพท์ แท็บเล็ต และแม้แต่ไขควง อย่างไรก็ตามอุปกรณ์ดังกล่าวมีราคาแตกต่างกันอย่างมากจากอุปกรณ์ที่มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีน้อยกว่า ดังนั้นจึงยังหาซื้อได้ยากในตลาด

กฎสำหรับการจัดเก็บ การใช้งาน และการกำจัด LiFePo4

ก่อนที่จะส่งแบตเตอรี่ LFP เพื่อจัดเก็บระยะยาว จำเป็นต้องชาร์จไว้ที่ 40-60% และรักษาระดับการชาร์จนี้ไว้ตลอดระยะเวลาการจัดเก็บทั้งหมด ควรเก็บแบตเตอรี่ไว้ในที่แห้งซึ่งมีอุณหภูมิไม่ลดลงต่ำกว่าอุณหภูมิห้อง

ในระหว่างการดำเนินการต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดของผู้ผลิต สิ่งสำคัญคือต้องป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ร้อนเกินไป หากคุณสังเกตเห็นว่าแบตเตอรี่ร้อนไม่สม่ำเสมอระหว่างการทำงานหรือการชาร์จ คุณควรติดต่อศูนย์ซ่อม - บางทีเซลล์ใดเซลล์หนึ่งอาจทำงานล้มเหลว หรือมีความผิดปกติในชุดควบคุมหรือแผงสมดุล ควรทำเช่นเดียวกันหากมีอาการบวมเกิดขึ้น

หากต้องการกำจัดแบตเตอรี่ที่ใช้ทรัพยากรจนหมดอย่างเหมาะสม คุณควรติดต่อองค์กรที่เชี่ยวชาญเรื่องนี้ ด้วยวิธีนี้ คุณจะไม่เพียงแต่ทำตัวเหมือนเป็นพลเมืองที่มีมโนธรรมเท่านั้น แต่คุณยังสามารถสร้างรายได้จากมันได้อีกด้วย อย่างไรก็ตาม หากคุณเพียงส่งแบตเตอรี่ไปที่หลุมฝังกลบ ก็จะไม่มีอะไรเลวร้ายเกิดขึ้น

คุณอาจจะสนใจ

แบตเตอรี่รูปกระดุมขนาดเล็กใช้ในอุปกรณ์หลายชนิด ผลิตภัณฑ์จากผู้ผลิตหลายรายอาจแตกต่างกันไป

ความน่าเชื่อถือในการสตาร์ทเครื่องยนต์ของรถยนต์ทุกคันส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับคุณภาพของแบตเตอรี่ที่ใช้ เขาต้อง

สิ่งสำคัญคือต้องเลือกแบตเตอรี่ให้เหมาะสมกับรถยนต์แต่ละคัน สิ่งนี้จะช่วยยืดอายุการใช้งานได้อย่างมาก

แบตเตอรี่ LiFePO4 คืออะไร

LiFePO4 เป็นแร่ธาตุในตระกูลโอลีวีนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ วันเกิดของแบตเตอรี่ LiFePO4 ถือเป็นปี 1996 เมื่อมีการเสนอการใช้ LiFeP04 ในอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่ครั้งแรกที่มหาวิทยาลัยเท็กซัส แร่ธาตุนี้ไม่มีพิษ ราคาค่อนข้างถูกและเกิดขึ้นตามธรรมชาติ

LiFEPO4 เป็นกลุ่มย่อยของแบตเตอรี่ลิเธียมและใช้เทคโนโลยีพลังงานเช่นเดียวกับแบตเตอรี่ลิเธียม อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่แบตเตอรี่ลิเธียม (ลิเธียมไอออน) 100%

เนื่องจากเทคโนโลยีดังกล่าวปรากฏขึ้นค่อนข้างเร็ว ๆ นี้จึงไม่มีมาตรฐานเดียวในการประเมินคุณภาพของแบตเตอรี่ LiFEPO4 รวมถึงการเปรียบเทียบโดยตรงกับประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่เราคุ้นเคย

เนื่องจากขาดมาตรฐานที่สม่ำเสมอสำหรับแบตเตอรี่ LFTP ในตลาด มีเซลล์และแบตเตอรี่ LFP หลายประเภทที่ใช้โดยมีคุณสมบัติและเคมีภายในที่แตกต่างกัน ทั้งหมดเรียกว่าแบตเตอรี่ LFP หรือแบตเตอรี่ลิเธียม แต่ทำงานแตกต่างกัน โดยไม่ต้องพยายามยอมรับความใหญ่โต เราจะมุ่งเน้นไปที่สิ่งที่รับประกันว่าแบตเตอรี่ของเราจะทำได้

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต Aliant มีข้อดีในทางปฏิบัติดังต่อไปนี้:

รอบการชาร์จจำนวนมาก ซึ่งมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและแบตเตอรี่ตะกั่ว
แบตเตอรี่สามารถทนต่อรอบการชาร์จ 3000 รอบจากสถานะคายประจุ 70% และ 2000 รอบจากสถานะคายประจุ 80% ซึ่งทำให้รับประกันอายุการใช้งานแบตเตอรี่สูงสุด 7 ปี เราให้การรับประกัน 2 ปีโดยไม่มีเงื่อนไขสำหรับแบตเตอรี่ ALIANT โดยเฉลี่ยแล้ว แบตเตอรี่ได้รับการออกแบบสำหรับการสตาร์ท 12,000 ครั้ง

กระแสไฟในการหมุนสตาร์ทเตอร์สูง ที่ -18C แบตเตอรี่จะให้กำลังสตาร์ทที่สอดคล้องกับแบตเตอรี่ตะกั่วใหม่โดยเฉลี่ย แต่ที่ +23C พลังงานที่สามารถจ่ายให้กับสตาร์ทเตอร์ได้เป็นสองเท่าของพลังงานแบตเตอรี่ตะกั่ว สัมผัสได้ถึงกำลังขับสูงทันทีเมื่อสตาร์ทเครื่องยนต์ สตาร์ทเตอร์จะหมุนอย่างรวดเร็วเหมือนกับแบตเตอรี่ตะกั่วใหม่

น้ำหนัก - แบตเตอรี่ ALIANT เบากว่าแบตเตอรี่ตะกั่วถึง 5 เท่า

• ขนาด - แบตเตอรี่มีขนาดเล็กกว่าตะกั่วอะนาล็อกถึง 3 เท่า ดังนั้นแบตเตอรี่เพียง 3 ก้อนจึงครอบคลุมรถจักรยานยนต์ทุกรุ่น

ชาร์จเร็ว - โดยเฉลี่ยแบตเตอรี่จะชาร์จ 50% ภายใน 2 นาทีแรก, ชาร์จ 100% ภายใน 30 นาทีซึ่งหมายความว่าหลังจากเดินทาง 30 นาทีแบตเตอรี่จะชาร์จ 100% เช่น จริงๆ แล้วแบตเตอรี่ของคุณชาร์จได้ 100% เสมอ

แรงดันไฟฟ้าคงที่ - ในระหว่างการคายประจุแบตเตอรี่จะรักษาแรงดันไฟฟ้าไว้ใกล้กับ 13.2V จนถึงวินาทีสุดท้ายจากนั้นหลังจากการคายประจุแรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างรวดเร็วเกิดขึ้น - แบตเตอรี่ที่มีประจุเหลืออยู่ 40% จะเปลี่ยนสตาร์ทเตอร์อย่างรวดเร็ว

แรงดันไฟฟ้าคงที่ - ในระหว่างการคายประจุแบตเตอรี่จะรักษาแรงดันไฟฟ้าไว้ใกล้กับ 13.2V จนกระทั่งสิ้นสุดจากนั้นหลังจากการคายประจุจะเกิดแรงดันไฟฟ้าลดลงอย่างรวดเร็ว

• แบตเตอรี่คายประจุเองน้อยกว่า 0.05% ต่อวัน เช่น สามารถยืนบนชั้นวางได้อย่างง่ายดายเป็นเวลาหนึ่งปีโดยไม่ต้องชาร์จและไม่สูญเสียคุณลักษณะสตาร์ทเครื่องยนต์แล้วชาร์จให้อยู่ในสถานะใกล้ 100%
• สามารถอยู่ในสถานะคายประจุได้โดยไม่มีผลกระทบร้ายแรงต่อประสิทธิภาพการทำงานในภายหลัง เกณฑ์การปล่อยประจุคือ 9.5V ตราบใดที่แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วแบตเตอรี่ไม่ลดลงต่ำกว่า 9.5V - สามารถชาร์จแบตเตอรี่และกลับสู่สถานะเดิมได้

ทำงานที่อุณหภูมิต่ำมาก เราให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิต่ำมาก นักขี่มอเตอร์ไซค์ที่มีประสบการณ์บางคนที่เคยใช้แบตเตอรี่ LFP จากผู้ผลิตรายอื่นสังเกตเห็นว่าประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ LFP ลดลงอย่างรวดเร็วตามอุณหภูมิ ดังนั้นที่ +3 องศาจะไม่มีการหมุนสตาร์ทเตอร์อย่างแรงอีกต่อไป แต่เมื่อถึงลบแบตเตอรี่จะ "หลับ" และจะตื่นขึ้นหลังจากอุ่นเครื่องเท่านั้นเมื่อพลังงานถูกปล่อยออกมา ด้วยคุณสมบัติทางเคมีพิเศษ แบตเตอรี่ของเราจึงปราศจากข้อบกพร่องนี้ แม้ว่ากำลังที่ส่งมาจากแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิ -18C จะลดลงเกือบ 2 เท่า แต่ก็ยังเพียงพอที่จะหมุนสตาร์ทเตอร์อย่างแรง แบตเตอรี่ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานที่อุณหภูมิต่ำถึง -30C; ที่อุณหภูมิตั้งแต่ -3 ขึ้นไป แบตเตอรี่มีพลังงานส่วนเกิน ในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ -18 ถึง -30C แบตเตอรี่จะเปิดสตาร์ท แต่จะรู้สึกเหมือนแบตเตอรี่ตะกั่วหมดไปครึ่งหนึ่ง

ใช้งานได้ทุกตำแหน่ง ไม่มีของเหลวอยู่ในแบตเตอรี่ ใช้งานได้ทุกตำแหน่งเหมือนแบตเตอรี่เจล

• การชาร์จที่สม่ำเสมอขององค์ประกอบทั้ง 4 ภายในโดยใช้ตัวควบคุม BMS (Battery Management System) ที่ติดตั้งอยู่ในแบตเตอรี่ ภายในแบตเตอรี่มีองค์ประกอบ 4 ชิ้นต่ออนุกรมกัน 3.3V แต่ละตัว แรงดันไฟฟ้า 13.3V อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่จะชาร์จผ่าน 2 ขั้ว วิธีการชาร์จนี้เหมาะสำหรับแบตเตอรี่ตะกั่ว แต่ไม่เหมาะสำหรับ LFP - องค์ประกอบภายในยังคงมีประจุต่ำอยู่เสมอ ซึ่งจะเพิ่มโอกาสที่จะเกิดความล้มเหลวขึ้น เพื่อให้องค์ประกอบ LFP ในการเชื่อมต่อแบบอนุกรมสามารถชาร์จได้เท่า ๆ กัน จึงมีการสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์ไว้ใน แบตเตอรี่ที่กระจายประจุถึง 2 ขั้วบน 4 องค์ประกอบภายในแบตเตอรี่เท่าๆ กัน

ช่วงอุณหภูมิกว้าง - ตั้งแต่ -30C ถึง +60C

ความแตกต่างทางกายภาพพื้นฐานระหว่างแบตเตอรี่ LiFePO4 และอะนาล็อกตะกั่ว

ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ แบตเตอรี่ LiFePO4 และแบตเตอรี่ตะกั่วมีคุณสมบัติทางเคมีที่แตกต่างกัน และเพื่อทำความเข้าใจแบตเตอรี่ของคุณ คุณจำเป็นต้องรู้ว่าความแตกต่างคืออะไร

ความแตกต่างที่สำคัญคือความจุ คุณสามารถเข้าใจความแตกต่างของแบตเตอรี่ได้โดยใช้ตัวอย่าง: หากคุณเชื่อมต่อสตาร์ทเตอร์กับแบตเตอรี่ LiFEP04 และกับแบตเตอรี่ตะกั่วและเริ่มหมุน ในเวลาเดียวกันแบตเตอรี่ LiFEPO4 จะเปลี่ยนสตาร์ทเตอร์เพิ่มขึ้นเกือบ 1.5 เท่า ในทางปฏิบัติโดยไม่ลดลง ความเร็วในการหมุนมากกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดหากก่อนหน้านี้คุณเคยใช้แบตเตอรี่ตะกั่วกรดมาก่อนแล้วจนถึงนาทีสุดท้ายคุณจะรู้สึกว่ามีประจุเหลืออยู่ในแบตเตอรี่มาก แต่แท้จริงแล้วแบตเตอรี่ อาจใกล้หมดประจุแล้ว ความเร็วการหมุนที่ลดลงจะไม่เกิดขึ้นอย่างราบรื่น เช่น ในกรณีของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด แต่จะเกิดขึ้นทันทีหลังจากแรงดันไฟฟ้าตกต่ำกว่า 12V หากคุณใช้แบตเตอรี่ตะกั่ว 7A/h และแบตเตอรี่ LiFEPO4 ที่มีความจุใกล้เคียงกัน จำนวนรอบการหมุนของสตาร์ทเตอร์ (โดยพื้นฐานแล้วคือโหลด) จนกระทั่งแบตเตอรี่หมดสิ้นใน 10 นาทีแรกจะมีค่ามากกว่ามากสำหรับ LiFEP04 แต่เกินกว่า อีก 5 นาทีแบตเตอรี่จะหมดในขณะที่แบตเตอรี่ตะกั่วสามารถสตาร์ทได้นานถึง 20 นาที ดังนั้น ในทุกกรณีการใช้งานจริงของชีวิตที่อุณหภูมิตั้งแต่ -18C แบตเตอรี่ LiFEPO4 จึงมีประสิทธิภาพเหนือกว่าแบตเตอรี่ตะกั่ว ยกเว้นในกรณีที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขัดข้อง ในกรณีนี้ หากไม่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แบตเตอรี่ตะกั่วจะมีอายุการใช้งานนานกว่า LiFePO4

แรงดันไฟฟ้าเกิน เมื่อแรงดันไฟชาร์จเกินขีดจำกัดที่อนุญาต แบตเตอรี่ LiFEPO4 และแบตเตอรี่ตะกั่วกรดจะมีพฤติกรรมแตกต่างออกไป แบตเตอรี่ตะกั่วกรดเริ่มเดือด ปฏิกิริยาเคมีที่ไม่สามารถย้อนกลับได้เกิดขึ้นในแบตเตอรี่ LIFEPO4 ไม่มีรถจักรยานยนต์ในตลาดที่ให้แรงดันไฟฟ้าที่อาจทำให้แบตเตอรี่ LIFEPO4 เสียหายได้ อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่หายากมากเมื่อรีเลย์ควบคุมการทำงานล้มเหลวในลักษณะที่แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วแบตเตอรี่อยู่ในช่วงตั้งแต่ 15 ถึง 60V - แบตเตอรี่ LIFEP04 จะเสียหาย

อุณหภูมิ. แบตเตอรี่ LIFEP04 ไม่ชอบอุณหภูมิต่ำ ในแบตเตอรี่ของเราเราใช้องค์ประกอบพิเศษที่สามารถทำงานที่อุณหภูมิต่ำถึง -30C อย่างไรก็ตาม หลังจาก -18C ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ LIFEPO4 จะลดลงในลักษณะที่แบตเตอรี่ตะกั่วผลิตพลังงานได้มากกว่าของเรา . หากไม่ใช่เพราะองค์ประกอบทางเคมีพิเศษ เมื่อถึง +4 องศา LIFEPO4 แบตเตอรี่จะสูญเสียประสิทธิภาพ

ถามคำถามเพื่อสนับสนุน: ที่อยู่อีเมลนี้จะถูกป้องกันจากสแปมบอท คุณต้องเปิดใช้งาน JavaScript เพื่อดู

ปัจจุบันมีแบตเตอรี่จำนวนมากที่มีเคมีประเภทต่างๆ แบตเตอรี่ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในปัจจุบันคือลิเธียมไอออน แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (เฟอร์โรฟอสเฟต) ก็อยู่ในกลุ่มนี้เช่นกัน หากแบตเตอรี่ทั้งหมดที่อยู่ในหมวดหมู่นี้โดยทั่วไปมีลักษณะทางเทคนิคคล้ายคลึงกัน แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตจะมีคุณสมบัติเฉพาะของตัวเองที่แยกความแตกต่างจากแบตเตอรี่อื่นๆ ที่ผลิตโดยใช้เทคโนโลยีลิเธียมไอออน

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

ผู้ประดิษฐ์แบตเตอรี่ LiFePO4 คือ John Goodenough ซึ่งทำงานในปี 1996 ที่มหาวิทยาลัยเท็กซัสเพื่อสร้างวัสดุแคโทดใหม่สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ศาสตราจารย์สามารถสร้างวัสดุที่มีราคาถูกกว่า มีความเป็นพิษน้อยกว่า และมีเสถียรภาพทางความร้อนสูง ข้อเสียของแบตเตอรี่ซึ่งใช้แคโทดใหม่คือความจุที่ต่ำกว่า

ไม่มีใครสนใจสิ่งประดิษฐ์ของ John Goodenough แต่ในปี 2546 บริษัท A 123 Systems ตัดสินใจพัฒนาเทคโนโลยีนี้โดยพิจารณาว่ามีแนวโน้มค่อนข้างดี บริษัท ขนาดใหญ่หลายแห่ง - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola - กลายเป็นผู้ลงทุนในเทคโนโลยีนี้

ลักษณะของแบตเตอรี่ LiFePO4

แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่เฟอร์โรฟอสเฟตจะเหมือนกับแบตเตอรี่อื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีลิเธียมไอออน แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดขึ้นอยู่กับขนาดของแบตเตอรี่ (ขนาด ฟอร์มแฟกเตอร์) สำหรับแบตเตอรี่ 18 650 นี่คือ 3.7 โวลต์สำหรับ 10 440 (แบตเตอรี่นิ้วก้อย) - 3.2 สำหรับ 24 330 - 3.6

สำหรับแบตเตอรี่เกือบทั้งหมด แรงดันไฟฟ้าจะค่อยๆ ลดลงระหว่างการคายประจุ คุณสมบัติพิเศษประการหนึ่งคือความเสถียรของแรงดันไฟฟ้าเมื่อใช้งานแบตเตอรี่ LiFePO4 คุณลักษณะด้านแรงดันไฟฟ้าที่คล้ายกันนี้มีแบตเตอรี่ที่ใช้เทคโนโลยีนิกเกิล (นิกเกิล-แคดเมียม นิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์)

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตสามารถจ่ายไฟได้ตั้งแต่ 3.0 ถึง 3.2 โวลต์จนกว่าจะหมดประจุ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับขนาด คุณสมบัตินี้ทำให้แบตเตอรี่เหล่านี้ได้เปรียบมากขึ้นเมื่อใช้ในวงจร เนื่องจากไม่จำเป็นต้องควบคุมแรงดันไฟฟ้าในทางปฏิบัติ

แรงดันไฟฟ้าคายประจุเต็มคือ 2.0 โวลต์ ซึ่งเป็นขีดจำกัดการปล่อยประจุต่ำสุดที่บันทึกไว้ในบรรดาแบตเตอรี่ลิเธียมเทคโนโลยีใดๆ แบตเตอรี่เหล่านี้เป็นผู้นำในด้านอายุการใช้งานซึ่งเทียบเท่ากับรอบการชาร์จและคายประจุ 2,000 รอบ เนื่องจากความปลอดภัยของโครงสร้างทางเคมี แบตเตอรี่ LiFePO4 จึงสามารถชาร์จได้โดยใช้วิธีเร่งเดลต้า V แบบพิเศษ เมื่อมีการจ่ายกระแสไฟสูงให้กับแบตเตอรี่

แบตเตอรี่จำนวนมากไม่สามารถทนต่อการชาร์จด้วยวิธีนี้ได้ ส่งผลให้เกิดความร้อนมากเกินไปและความเสียหาย ในกรณีของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต การใช้วิธีนี้ไม่เพียงแต่เป็นไปได้ แต่ยังแนะนำให้ใช้อีกด้วย ดังนั้นจึงมีเครื่องชาร์จพิเศษสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่ดังกล่าวโดยเฉพาะ แน่นอนว่าเครื่องชาร์จดังกล่าวไม่สามารถใช้กับแบตเตอรี่ที่มีคุณสมบัติทางเคมีอื่นได้ แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตบนเครื่องชาร์จดังกล่าวสามารถชาร์จจนเต็มได้ภายใน 15-30 นาที ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับฟอร์มแฟคเตอร์

การพัฒนาล่าสุดในด้านแบตเตอรี่ LiFePO4 ช่วยให้แบตเตอรี่ของผู้ใช้มีช่วงอุณหภูมิการทำงานที่ดีขึ้น แม้ว่าช่วงมาตรฐานสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะทำงานตั้งแต่ -20 ถึง +20 องศาเซลเซียส แต่แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตสามารถทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบในช่วง -30 ถึง +55 การชาร์จหรือการคายประจุแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิสูงกว่าหรือต่ำกว่าที่อธิบายไว้จะทำให้แบตเตอรี่เสียหายอย่างรุนแรง

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมีความอ่อนไหวต่อผลกระทบจากการเสื่อมสภาพน้อยกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอื่นๆ การเสื่อมสภาพคือการสูญเสียความจุตามธรรมชาติเมื่อเวลาผ่านไป ไม่ว่าแบตเตอรี่จะถูกใช้งานอยู่หรือวางอยู่บนชั้นวางก็ตาม จากการเปรียบเทียบ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั้งหมดจะสูญเสียความจุประมาณ 10% ทุกปี ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตสูญเสียเพียง 1.5%

ข้อเสียอย่างหนึ่งของแบตเตอรี่เหล่านี้คือความจุที่ต่ำกว่า ซึ่งน้อยกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอื่นๆ ถึง 14% (หรือประมาณนั้น)

ความปลอดภัยของแบตเตอรี่เฟอร์โรฟอสเฟต

แบตเตอรี่ประเภทนี้ถือว่าเป็นหนึ่งในแบตเตอรี่ที่ปลอดภัยที่สุดในบรรดาแบตเตอรี่ทุกประเภทที่มีอยู่ LiFePO4 มีเคมีที่เสถียรมาก และสามารถทนต่อภาระหนักได้ดีในระหว่างการคายประจุ (ในการทำงานที่มีความต้านทานต่ำ) และการชาร์จ (เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ด้วยกระแสสูง)

เนื่องจากฟอสเฟตมีความปลอดภัยทางเคมี แบตเตอรี่เหล่านี้จึงรีไซเคิลได้ง่ายกว่าหลังจากหมดอายุการใช้งานแล้ว แบตเตอรี่จำนวนมากที่มีสารเคมีอันตราย (เช่น ลิเธียมโคบอลต์) ต้องผ่านกระบวนการรีไซเคิลเพิ่มเติมเพื่อลดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม

การชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

สาเหตุหนึ่งที่นักลงทุนในสาขาเคมีเฟอร์โรฟอสเฟตสนใจเชิงพาณิชย์ก็คือความเป็นไปได้ในการชาร์จอย่างรวดเร็วซึ่งเป็นผลมาจากความเสถียร ทันทีหลังจากการจัดการสายการผลิตแบตเตอรี่ LiFePO4 แบตเตอรี่เหล่านั้นถูกจัดตำแหน่งให้เป็นแบตเตอรี่ที่สามารถชาร์จได้อย่างรวดเร็ว

เพื่อจุดประสงค์นี้จึงเริ่มผลิตที่ชาร์จพิเศษ ตามที่เขียนไว้ข้างต้น เครื่องชาร์จดังกล่าวไม่สามารถใช้กับแบตเตอรี่อื่นได้ เนื่องจากจะทำให้แบตเตอรี่ร้อนเกินไปและสร้างความเสียหายอย่างรุนแรง

อุปกรณ์พิเศษสำหรับแบตเตอรี่เหล่านี้สามารถชาร์จได้ภายใน 12-15 นาที แบตเตอรี่เฟอร์โรฟอสเฟตสามารถชาร์จด้วยเครื่องชาร์จทั่วไปได้ นอกจากนี้ยังมีตัวเลือกเครื่องชาร์จแบบรวมที่มีโหมดการชาร์จทั้งสองโหมด แน่นอนว่าตัวเลือกที่ดีที่สุดคือการใช้ที่ชาร์จอัจฉริยะที่มีตัวเลือกมากมายที่ควบคุมกระบวนการชาร์จ

การออกแบบแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต LiFePO4 ไม่มีคุณสมบัติพิเศษในโครงสร้างภายในเมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ในเทคโนโลยีเคมี มีเพียงองค์ประกอบเดียวเท่านั้นที่มีการเปลี่ยนแปลง - แคโทดซึ่งทำจากเหล็กฟอสเฟต วัสดุขั้วบวกคือลิเธียม (แบตเตอรี่เทคโนโลยีลิเธียมไอออนทั้งหมดมีขั้วบวกลิเธียม)

การทำงานของแบตเตอรี่จะขึ้นอยู่กับความสามารถในการกลับตัวของปฏิกิริยาเคมีได้ มิฉะนั้น กระบวนการที่เกิดขึ้นภายในแบตเตอรี่เรียกว่ากระบวนการออกซิเดชันและการรีดักชัน แบตเตอรี่ใด ๆ ที่ประกอบด้วยอิเล็กโทรด - แคโทด (ลบ) และแอโนด (บวก) นอกจากนี้ภายในแบตเตอรี่ยังมีตัวคั่นซึ่งเป็นวัสดุที่มีรูพรุนซึ่งชุบด้วยของเหลวพิเศษ - อิเล็กโทรไลต์

เมื่อแบตเตอรี่คายประจุ ลิเธียมไอออนจะเคลื่อนที่ผ่านตัวแยกจากแคโทดไปยังขั้วบวก และปล่อยประจุที่สะสม (ออกซิเดชัน) เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ ลิเธียมไอออนจะเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามจากขั้วบวกไปยังแคโทด ซึ่งจะสะสมประจุ (ลดลง)

ประเภทของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

ทุกสิ่งในเคมีนี้สามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภท:

• แบตเตอรี่เต็ม
• เซลล์ขนาดใหญ่ในรูปของขนาน
• เซลล์ขนาดเล็กในรูปแบบของขนาน (ปริซึม - แบตเตอรี่ LiFePO4 3.2 V)
• แบตเตอรี่แบบแบนขนาดเล็ก (แพ็คเกจ)
• แบตเตอรี่ทรงกระบอก

แบตเตอรี่และเซลล์ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตสามารถมีระดับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันได้ตั้งแต่ 12 ถึง 60 โวลต์ พวกเขาล้ำหน้าวงจรการทำงานแบบเดิมๆ หลายประการ สูงกว่ามาก น้ำหนักลดลงหลายเท่า และชาร์จเร็วขึ้นหลายเท่า

แบตเตอรี่ทรงกระบอกที่ใช้เคมีนี้จะใช้ทั้งแยกกันและในวงจร ขนาดของแบตเตอรี่ทรงกระบอกมีความแตกต่างกันมาก: ตั้งแต่ 14,500 (แบบนิ้ว) ถึง 32,650

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

แบตเตอรี่เฟอร์โรฟอสเฟตสำหรับจักรยานและจักรยานไฟฟ้าสมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ ด้วยการประดิษฐ์แคโทดเหล็กฟอสเฟตใหม่พร้อมกับแบตเตอรี่ประเภทอื่นที่ใช้คุณสมบัติทางเคมีนี้ ทำให้เกิดแบตเตอรี่พิเศษออกมา ซึ่งเนื่องจากคุณสมบัติที่ได้รับการปรับปรุงและน้ำหนักที่ลดลง ทำให้สามารถใช้งานได้สะดวกแม้กับจักรยานธรรมดา แบตเตอรี่ดังกล่าวได้รับความนิยมอย่างรวดเร็วในหมู่แฟน ๆ ของการอัปเกรดจักรยาน

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตสามารถให้การปั่นจักรยานอย่างไร้กังวลเป็นเวลาหลายชั่วโมง ซึ่งทำให้เป็นคู่แข่งที่คู่ควรกับเครื่องยนต์สันดาปภายในซึ่งมักติดตั้งบนจักรยานในอดีต โดยทั่วไปแล้ว แบตเตอรี่ LiFePO4 ขนาด 48 โวลต์จะถูกนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ แต่คุณสามารถซื้อแบตเตอรี่ขนาด 25, 36 และ 60 โวลต์ได้

การใช้แบตเตอรี่เฟอร์โรฟอสเฟต

บทบาทของแบตเตอรี่ในเคมีนี้มีความชัดเจนโดยไม่ต้องแสดงความคิดเห็น แท่งปริซึมใช้เพื่อจุดประสงค์ที่แตกต่างกัน - แบตเตอรี่ LiFePO4 3.2 v เซลล์ขนาดใหญ่ถูกใช้เป็นเซลล์สำหรับพลังงานแสงอาทิตย์และกังหันลม แบตเตอรี่เฟอร์โรฟอสเฟตถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันในการออกแบบยานพาหนะไฟฟ้า

แบตเตอรี่แบบแบนขนาดเล็กใช้สำหรับโทรศัพท์ แล็ปท็อป และแท็บเล็ตพีซี แบตเตอรี่ทรงกระบอกที่มีรูปแบบต่างกันใช้สำหรับบุหรี่ไฟฟ้า รุ่นที่ควบคุมด้วยวิทยุ ฯลฯ