Modern elektronik, enerji kaynaklarının gücü ve kapasitesi konusunda giderek daha yüksek talepler ortaya koyuyor. Nikel-kadmiyum ve nikel-metal hidrit piller teorik sınırlarına yaklaşırken, lityum-iyon teknolojileri henüz yolun başında.
Li-Fe (lityum fosfat) piller yalnızca yüksek kapasiteleriyle değil aynı zamanda hızlı şarjlarıyla da öne çıkıyor. Sadece 15 dakikada pili tamamen şarj edebilirsiniz. Ayrıca bu tür piller, geleneksel modellere göre 10 kat daha fazla şarj-deşarj döngüsüne olanak tanıyor. Li-Fe pilin fikri, elektrotlar arasındaki lityum iyon değişimini etkinleştirmektir. Nanopartiküllerin yardımıyla elektrotların değişim yüzeyini geliştirmek ve daha yoğun bir iyon akışı elde etmek mümkün oldu. Elektrotların çok fazla ısınmasını ve olası patlamasını önlemek için, geliştirmenin yazarları katotlarda lityum/kobalt oksit yerine lityum/demir fosfat kullandılar. Yeni malzemenin yetersiz elektrik iletkenliği, alüminyum, manganez veya titanyum nanopartiküllerinin eklenmesiyle telafi edilir.
Li-Fe pilleri şarj etmek için, bu tür şarj cihazlarının Li-Fe pillerle çalışabileceğini belirten bir işarete sahip özel bir şarj cihazı kullanmalısınız, aksi takdirde pili tahrip edersiniz!
Avantajları
- Li-Po pil muhafazalarının aksine güvenli, dayanıklı muhafaza
- Ultra hızlı şarj (7A akımda, 15 dakikada tam şarj!!!)
- Çok yüksek çıkış akımı 60A - çalışma modu; 132A - kısa süreli mod (10 saniyeye kadar)
- 3 yıl boyunca kendi kendine deşarj %3
- Çalışma özelliklerini kaybetmeden soğukta (-30 derece C'ye kadar) çalışın
- MTBF 1000 döngü (nikel pillerden üç kat daha fazla)
Kusurlar
- Özel bir şarj cihazı gerektirir (LiPo şarj cihazlarıyla uyumlu değildir)
- Li-Po'dan daha ağır
Biraz tarih
Li-ion piller kapasite açısından NiMH muadillerine göre iki kat daha büyük ve güç yoğunluğu açısından neredeyse üç kat daha yüksektir. Li-iyon enerji yoğunluğu NiMH'den üç kat daha yüksektir. Li-ion, NiMH pillerin teorik olarak dahi dayanamayacağı çok yüksek deşarj akımlarına dayanabilmektedir. NiMH ayrıca yüksek darbe yükleriyle karakterize edilen, şarj edilmesi uzun süren ve genellikle 500 döngüden fazla "canlı" olmayan güçlü taşınabilir cihazlar için de uygun değildir. NiMH'nin saklanması bir başka önemli konudur. Bu piller ayda %20'ye kadar çok yüksek bir kendi kendine deşarj sorunu yaşarken, Li-ion için bu rakam yalnızca %2-5'tir. NiMH piller, NiCd pillerin de karakteristik özelliği olan hafıza etkisine tabidir.
Ancak Li-ion pillerin de dezavantajları var. Çok pahalıdırlar ve çok derinden boşaltıldıkları veya yüksek yükler altında kendiliğinden yanmaları durumunda geri dönüşü olmayan bozulma eğilimleri nedeniyle karmaşık, çok seviyeli bir elektronik kontrol sistemi gerektirirler. Bunu ana elektrot malzemesi olan lityum kobaltata (LiCoO2) borçludurlar. Bilim insanları birkaç yıldır kobaltın yerini alacak bir madde bulmak için çabalıyorlar. Geleceğin ana elektrot malzemesinin konumu için adaylar çeşitli lityum bileşikleridir - manganatlar, titanatlar, stannatlar, silikatlar ve diğerleri. Ancak günümüzün tartışmasız favorisi, ilk kez 1996 yılında Teksas Üniversitesi'nden Profesör John Goodenough tarafından elde edilen lityum ferrofosfat Li-Fe olarak kabul ediliyor. Li-Fe'nin ucuz olması dışında olağanüstü bir özelliği olmadığından ve potansiyeli keşfedilmemiş olduğundan, bu konu uzun süredir rafta tozlanıyordu. 2003 yılında A123 Sistemlerinin gelişiyle her şey değişti.
Li-Fe pillerin özellikleri
Tüm Li-Fe piller gibi, birkaç temel elektriksel parametreye sahiptir:
Tam şarjlı hücre voltajı: Li-Fe için yaklaşık 3,65V'dir. Bu teknolojinin özelliklerinden dolayı bu elemanlar aşırı şarjdan pek korkmazlar (en azından lityum kobaltat Li-iyon, Li- bazlı elementlerde olduğu gibi yangına ve patlamaya neden olmazlar). pol) üreticilere rağmen, elemanın tüm ömrü boyunca 3,9V'un üzerinde şarj edilmemesi ve 4,2V'a kadar yalnızca birkaç şarj yapılması önemle tavsiye edilir.
Tamamen boşalmış hücre voltajı: Burada üreticilerin önerileri biraz farklılık gösteriyor; bazıları boşaltma elemanlarını 2,5V'a, bazıları ise 2,0V'a tavsiye ediyor. Ancak her durumda, her tür pilin çalıştırılması uygulamasına dayanarak, deşarj derinliği ne kadar sığ olursa, bu pilin o kadar fazla döngüye dayanabileceği ve pilin son 0,5V'una düşen enerji miktarının o kadar fazla olduğu tespit edilmiştir. deşarj (Li-Fe için) kapasitesinin yalnızca yüzde birkaçıdır.
Orta nokta voltajı: bu teknolojinin unsurları için farklı üreticiler 3,2V ile 3,3V arasında değişmektedir (iddia edilmektedir). Orta nokta voltajı, deşarj eğrisine göre hesaplanan ve pilin toplam kapasitesini hesaplamak için tasarlanan ve Wh (watt saat) cinsinden ifade edilen bir voltajdır. Bunun için orta nokta voltajı, yani akım kapasitesi ile çarpılır. örneğin, 1,1Ah kapasiteli ve orta noktadaki voltajı 3,3V olan bir hücreniz var, bu durumda toplam kapasitesi 3,3*1,1=3,65Wh olur. (Birçok kişi genellikle orta nokta voltajını tam şarjlı hücre voltajıyla karıştırır.)
Bu konuda pillerin performans özelliklerine, daha doğrusu 36V ve 48V Li-Fe pillerin orta nokta voltajına dikkat çekmek istiyorum. Bu nedenle, 36V ve 48V voltajları, çoğu kişiye daha aşina olan kurşun-asit aküye göre veya daha kesin olarak seri bağlı 3 veya 4 adet 12V kurşun-asit akünün orta noktasının voltajına göre koşullu olarak gösterilir. 36V Li-Fe aküde seri bağlı 12 hücre (eleman) bulunur; bu değer 3,2*12=38,4V'dir (48V akü için 3,2*16=51,2V), kurşun-asit akülerin ortalama puanlarından biraz daha yüksektir, yani eşit kapasitelerde (Ah cinsinden) Li-Fe akü, kurşun-asit aküden daha büyük bir toplam kapasiteye sahiptir.
Şu anda Li-Fe hücrelerinin üretiminin ana üretim üssü Çin'dir. Hem tanınmış firmaların fabrikaları (A123System, BMI) hem de bilinmeyen firmaların fabrikaları bulunmaktadır. Pek çok bitmiş pil satıcısı (onları perakende olarak satan), kendilerinin aynı zamanda hücrelerin üreticisi olduklarını iddia ediyor, ancak bunun doğru olmadığı ortaya çıkıyor. Yılda milyonlarca parça üreten büyük eleman üreticileri, perakende müşterilerle çalışmakla ilgilenmiyor ve düzinelerce parçanın satışıyla ilgili soruları görmezden geliyor veya birkaç bin parçalık hacimlerde alım yapmayı teklif ediyor. Yarı el sanatları elemanlarının küçük partiler halinde üretildiği küçük işletmeler de vardır ancak bu tür elemanların kalitesi son derece düşüktür, bunun nedeni kaliteli malzeme, ekipman eksikliği ve düşük teknolojik disiplindir. Bu tür elemanların kapasitesi ve iç direnci tek bir partide bile çok büyük farklılıklar gösterir. Ayrıca bitmiş pillerin montajı için piyasada büyük üreticiler tarafından üretilen hücreler bulunmaktadır, ancak belirli parametrelere (kapasite, iç direnç, depolama sırasında voltaj düşüşü) göre reddedilmedikleri için pazara ulaşmamaktadırlar ve geri dönüştürülmesi gerekir. Bu elemanlar, küçük el sanatları işletmelerinde pillerin montajının temelini oluşturur. Bu tür elemanlar ile büyük üreticiler tarafından üretilen standart kalitedeki elemanlar arasındaki temel fark, her öğe üzerinde işaret eksikliği. İşaretleme, son testler sırasında imalatçıya uygulanır ve imalatçının, üretim tarihinin ve değişikliğinin tanımlayıcısı olarak hizmet eder. Bu bilgi, büyük üreticilerin çalışma sırasında elemanların kalitesini daha fazla izlemesi ve şikayet olması durumunda sorunun nedenini bulabilmesi için gereklidir. Sizin de anladığınız gibi, zanaat koşullarında unsur üretenler için böyle bir operasyonun hiçbir anlamı yok.
Bu bağlantıları kullanarak en ünlü eleman üreticilerinin testlerini görüntüleyebilirsiniz:
- http://www.zeva.com.au/tech/LiFePO4.php
Bu arada, ilginç olan şu ki, kontrol sonuçlarına göre neredeyse tüm üreticiler mevcut olandan daha yüksek bir kapasite iddia ediyor (tek istisna A123 sistemi) ve Huanyu'nunki genellikle beyan edilenden dörtte bir daha düşük.
Beklenmeyen keşif
A123 Systems alışılmadık bir şirkettir. Sıradan mühendislerden başkana kadar tüm çalışanlar, sohbetlerinde bugünlerde pek duymadığınız bir cümleyi sık sık tekrarlıyor: “Daha yolun başındayız. Sonuna kadar yürüdüğümüz için dünyayı değiştireceğiz!” A123 Sistemlerinin tarihi, 2000 yılının sonlarında Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden (MIT) Profesör Yet Min Chang'ın laboratuvarında başladı. Uzun süredir Li-ion teknolojisi üzerinde çalışan Chang, neredeyse tesadüfen şaşırtıcı bir olguyu keşfetti. Elektrot malzemelerinin koloidal çözeltisinin belirli bir etkisi ile pil yapısı kendini yeniden üretmeye başladı! Çekme ve itme kuvvetleri birçok faktöre bağlıydı: parçacıkların boyutu, şekli ve sayısı, elektrolitin özellikleri, elektromanyetik alan ve sıcaklık. Chang, elektrot nanomateryallerinin fizikokimyasal özelliklerine ilişkin ayrıntılı çalışmalar yürüttü ve kendiliğinden kendi kendini organize etme sürecini başlatmak için temel parametreleri belirledi. Ortaya çıkan piller, geleneksel lityum kobaltat pillerden üçte bir daha yüksek bir spesifik kapasiteye sahipti ve yüzlerce şarj-deşarj döngüsüne dayanabiliyordu. Elektrotların doğal olarak oluşturulan mikro yapısı, toplam aktif yüzey alanını büyüklük sırasına göre artırmayı ve iyon değişimini hızlandırmayı mümkün kıldı ve bu da pilin kapasitesini ve performansını artırdı.
Chang'ın yöntemine göre kendi kendine organizasyon şu şekildedir: gelecekteki pilin gövdesine bir kobalt oksit ve grafit nanopartikül karışımı yerleştirilir, bir elektrolit eklenir ve gerekli dış koşullar yaratılır - sıcaklık, elektromanyetik alan ve basınç. Kobalt oksit parçacıkları birbirini çeker ancak grafit parçacıklarını iter. Çekim ve itme kuvvetleri dengeye gelinceye kadar bu süreç devam eder. Sonuç olarak, bir ara faz - elektrolit ile tamamen ayrılmış bir anot-katot çifti oluşur. Nanopartiküllerin aynı boyutta olması nedeniyle Chang, laboratuvar koşullarında belirtilen kapasite ve performans parametrelerine sahip pil örnekleri oluşturmayı başardı. Bu olgunun daha fazla incelenmesi ve buna dayalı üretim teknolojisinin geliştirilmesi fantastik umutlar vaat etti. Chang'ın hesaplamalarına göre pil kapasitesi mevcut analoglara göre iki katına çıkarılabilir ve maliyet yarı yarıya azaltılabilir. Kendi kendini organize etme yöntemi, doğrudan mevcut tüketicilerin kendi içleri de dahil olmak üzere, kibrit kafasından daha küçük herhangi bir şekle sahip piller oluşturmayı mümkün kıldı.
Büyük işe adım atın
O dönemde elektrokimya mühendisi Bart Riley, çok çeşitli yarı iletkenler üreten American Semiconductor'da çalışıyordu. Chang'la uzun süredir tanışıklığı ve ortak bilimsel ilgileri vardı. Chang, Riley'ye beklenmedik keşfinden bahsettiğinde, kendi kendini organize etme olgusuna dayalı bir iş kurma fikri neredeyse anında doğdu. Ancak ikisinin de şirketlerin nasıl kurulduğuna dair hiçbir fikri yoktu. A123 Systems'in üçüncü kurucusu, iyi fikirleri büyük paraya nasıl dönüştüreceğini bilen bir girişimci olan Rick Fulap'tı. Fulap, 26 yaşına geldiğinde sıfırdan beş şirket kurmuş ve onları büyük işlere açmıştı. Bir gün MIT bilimsel dergisinde Fulap, Profesör Chang'ın lityum iyon teknolojisi üzerine bir makalesine rastladı. Okuduğu hiçbir şeyi anlamayan Rick, profesörün telefon numarasını çevirdi. Chang, karbon nanofiber işine girme teklifine yanıt olarak daha iyi bir fikri olduğunu ve Fulap'ın sabaha kadar uyuyamayacağını söyledi.
Her şeyden önce ortaklar, pilin kendi kendini organize etme tekniğinin endüstriyel kullanımı için MIT'den bir lisans alabildiler ve Chang'ın laboratuvarında elde edilen katot malzemesinin (lityum demir fosfat) haklarını satın alabildiler. Kendi kendine örgütlenme olgusuyla hiçbir ilgisi yoktu, ancak Fulap, Li-Fe haklarının zarar görmeyeceğine karar verdi. İyiliğin boşa gitmesine izin verme! Ayrıca Chang, Li-Fe araştırmalarına devam etmek için özel bir hibe aldı. Eylül 2001'de Rick Fulap, fon bulmak için girişim fonlarında dolaşmaya başlamıştı. Yatırımcılar arasında rekabet yaratmayı başardı ve bunu, Li-ion pillerin muhteşem pazar beklentileri hakkında giderek daha fazla basın raporuyla körükledi.
Zaten Aralık 2001'de, ilk 8 milyon dolar şirketin hesaplarına yatırıldı. Proje üzerinde çalışmaların başlamasından dört ay sonra, Nisan 2002'de mobil elektronik pazar liderleri Motorola ve Qualcomm, yeni teknolojideki muazzam potansiyeli görerek işe girdiler. Bart Riley, Fulap'ın bir konferansta Qualcomm başkan yardımcısı Paul Jacobs'un yanına nasıl atladığını gülümseyerek hatırlıyor. Bir dakika içinde Rick, Jacobs'u neredeyse ceketinin yakasından tutarak, Jacob'a A123 teknolojisinin rakiplerine göre avantajlarını açıkça anlatabildi ve birkaç saniye sonra soruyu açıkça sordu: bugün yatırım yapın, yarın olacak çok geç! Ve birkaç gün sonra Jacobs doğru kararı verdi. Kısa süre sonra A123'ün yatırımcıları arasında şunlar yer aldı: Parasıyla bir zamanlar Google ve Yahoo, General Electric, Procter & Gamble ve diğer birçok büyük şirketi yaratan ünlü şirket Sequoia Capital.
Yedek paraşüt
2003'ün başlarında işler durmuştu. Gelecek vaat eden teknolojinin yalnızca kısmen işe yaradığı ortaya çıktı - kendi kendini organize etme sürecinin istikrarsız olduğu ortaya çıktı. Boyut ve özellik bakımından aynı olan elektrot nanomateryal parçacıklarının üretilmesi teknolojisinde ciddi zorluklar ortaya çıkmıştır. Sonuç olarak, ürünün performansı olağanüstüden kullanılamaz duruma kadar değişiyordu. Ortaya çıkan pillerin hizmet ömrü, elektrotların kristal kafesinin zayıflığı nedeniyle mevcut analoglardan önemli ölçüde düşüktü. Birkaç deşarj döngüsünden sonra çöktü. Chang, ideal piller için endüstriyel teknolojinin yaratılmasının hâlâ çok uzakta olduğunu fark etti. Proje patlama noktasına geldi...
O zamana kadar lityum ferrofosfat üzerindeki çalışmalar beklenmedik sonuçlar vermişti. İlk başta demir fosfatın elektriksel özellikleri çok mütevazı görünüyordu. Li-Fe'nin LiCoO2'ye göre avantajları toksik olmaması, düşük maliyeti ve ısıya karşı daha az duyarlılığıydı. Aksi takdirde, ferrofosfat kobaltattan önemli ölçüde daha düşüktü - enerji yoğunluğunda% 20, verimlilikte ve çalışma döngüsü sayısında% 30. Bu, birincil Li-Fe'den yapılmış katotlu bir pilin, kapasitenin büyük önem taşıdığı mobil elektronik cihazlar için uygun olmadığı anlamına gelir. Ferrofosfat derin modifikasyon gerektiriyordu. Chang, elektrot yapısına niyobyum ve diğer metalleri ekleyerek ve bireysel Li-Fe parçacıklarının boyutunu yüz nanometreye düşürerek deneyler yapmaya başladı. Ve malzeme tam anlamıyla değişti! Aktif yüzey alanının binlerce kat artması ve altın ve bakırın eklenmesiyle artan elektriksel iletkenlik sayesinde, nanoyapılı Li-Fe'den yapılmış katotlu piller, deşarj akımlarında geleneksel kobalt pilleri on kat aştı. Elektrotların kristal yapısı pratikte zamanla aşınmadı. Takviyenin betonu güçlendirmesi gibi, metallerin eklenmesi de onu güçlendirdi, böylece pil döngüsü sayısı on kattan fazla arttı - 7000'e! Aslında böyle bir pil, çalıştırdığı cihazların birkaç nesline dayanabilir. Ayrıca Li-Fe için üretim teknolojisinde yeni hiçbir şeyin yaratılmasına gerek yoktu. Bu, Riley, Chang ve Fulap'ın ürettiği ürünün hemen seri üretime hazır olduğu anlamına geliyordu.
Riley, "Sınırlı finansmana sahip küçük bir şirketseniz, tek bir şeye odaklanma eğiliminde olursunuz" diyor. – Ama cebimizde iki fikir olduğu ortaya çıktı! Yatırımcılar projenin asıl konusu üzerinde çalışmaların sürdürülmesini ve nanofosfatın daha iyi günlere bırakılmasını talep etti. Ama biz bunu kendi yöntemlerimizle yaptık. Yeni yöne küçük bir mühendis ekibi gönderdik. Onlara belirli bir hedef verildi: katot nanomalzemelerinin endüstriyel üretimi için bir teknoloji geliştirmek.” Daha sonra ortaya çıktığı gibi, bu inatçı karar tüm projeyi çökmekten kurtardı. Nanofosfatla elde edilen ilk bariz başarılardan sonra, kendi kendini organize etmeye yönelik daha fazla çalışma rafa kaldırıldı, ancak unutulmadı. Sonuçta tarih bir gün tam tersi şekilde tekerrür edebilir.
Sanayi devi
Kelimenin tam anlamıyla bundan bir ay sonra A123, ünlü Black & Decker şirketi ile önemli bir sözleşme imzaladı. Black & Decker'in birkaç yıldır yeni nesil inşaat elektrikli el aletleri - mobil ve güçlü taşınabilir cihazlar - geliştirdiği ortaya çıktı. Ancak yeni ürünün piyasaya sürülmesi, uygun bir akım kaynağının bulunmaması nedeniyle gecikti. NiMH ve NiCd piller ağırlık, boyut ve performans özellikleri açısından firmaya uygun değildi. Geleneksel Li-ion piller oldukça genişti, ancak yüksek bir yük akımı sağlayamıyorlardı ve hızlı bir şekilde boşaldıklarında o kadar ısınıyorlardı ki alev alabiliyorlardı. Ayrıca bunları şarj etmek için gereken süre çok uzundu ve taşınabilir bir aletin her zaman hazır olması gerekiyordu. A123 piller bu amaçlar için idealdi. Çok kompakt, güçlü ve kesinlikle güvenliydiler. %80 kapasiteye kadar şarj etme süresi yalnızca 12 dakikaydı ve en yüksek yüklerde Li-Fe piller, kablolu aletlerin gücünü aşan bir güç geliştirdi! Kısacası Black & Decker tam olarak aradığını buldu.
O zamana kadar A123'ün yalnızca bir kuruş büyüklüğünde prototip pili vardı ve Black & Decker'ın milyonlarca gerçek pile ihtiyacı vardı. Fulap ve Riley, kendi üretim tesislerini oluşturmak için muazzam bir çalışma yürüttüler ve sözleşmeyi imzaladıktan sonraki bir yıl içinde Çin'de ticari ürünlerin seri üretimine başladılar. Fulap'ın Black & Decker ile yaptığı anlaşmadaki enerjisi ve kararlılığı, A123'ün hızla büyük endüstriyel çevreye girmesine olanak sağladı. Altı yıldan kısa bir süre içinde Massachusetts şirketi saf bir fikirden, altı fabrika ve 900 çalışandan oluşan büyük bir araştırma ve üretim kompleksine dönüştü. Bugün A123 Systems, elektrokimya alanında 120 patente ve patent başvurusuna sahiptir ve lityum iyon teknolojisi araştırma merkezi, Kuzey Amerika'nın en iyisi olarak kabul edilmektedir.
Ancak şirket burada bitmiyor. Geçtiğimiz bir buçuk yılda, orijinal nanofosfatın özellikleri radikal bir şekilde iyileştirildi ve yeni elektrolit türleri geliştirildi. Daha gelişmiş ve güvenilir elektronik şarj kontrol sistemleri oluşturuldu. Teknolojinin çeşitli alanlarında kullanılmak üzere çeşitli tipte pil takımı tasarımları geliştirilmiştir. Ancak ileriye doğru atılan en önemli adım elbette gelecekteki Chevrolet Volt hibrit otomobil için bir bataryanın geliştirilmesidir.
Pil üretim teknolojileri durmuyor ve piyasada Ni-Cd (nikel-kadmiyum) ve Ni-MH (nikel-metal hidrit) pillerin yerini yavaş yavaş piller alıyor...
Dünyanın farklı ülkelerinde lityum iyon (Li-ion), lityum polimer (Li-Po), lityum fosfat (Li-Fe/LiFePO4) pil üreten firmaların listesi. Üretici adı Konum...
Modern ekipmanlar her geçen gün daha karmaşık ve güçlü hale geliyor. Yüksek teknoloji standartları, artık yüksek performansı, enerji verimliliğini ve artan enerji rezervlerini birleştirmesi gereken pillere yönelik talepleri artırıyor.
Yeni tip elektrikli ekipmanların üretime girmesi, teknolojik sürecin hızlanması - tüm bunlar enerji kaynaklarına olan ihtiyacı artırıyor ve modern piller artık bunları her zaman karşılayamıyor. Bu sorunu çözmek için üreticiler lityum iyon teknolojisini geliştirme yoluna gitti. Li-ion pillerin ideolojik torunu olan lityum demir fosfat bu şekilde doğdu.
Tarihsel referans
Olivin ailesinden doğal olarak oluşan bir mineral olan LiFePO4 veya LFP, ilk olarak 1996 yılında Li-ion güç kaynaklarını iyileştirmenin yollarını arayan Texas Üniversitesi'nden bilim adamı John Goodenough tarafından keşfedildi. Bu mineralin o dönemde bilinen tüm elektrotlardan daha az toksisiteye ve daha yüksek termal stabiliteye sahip olması dikkat çekiciydi.
Ayrıca doğal ortamda bulunması ve maliyetinin daha düşük olması nedeniyle. LiFePO4 bazlı elektrotların ana dezavantajı düşük elektrik kapasiteleriydi, bu nedenle lityum demir fosfat pili artık geliştirilmiyor.
Bu yöndeki araştırmalara 2003 yılında yeniden başlandı. Bilim adamlarından oluşan bir ekip, o zamanın en gelişmiş Li-ion pillerinin yerini alacak temelde yeni piller yaratmak için çalıştı. Pillerin görünümünü LiFePO4 katot elemanlarına yaklaştıran proje, Motorola ve Qualcomm gibi büyük şirketlerin ilgisini çekti.
LiFePO4 bazlı pil
Bu tip, elektrik üretmek için alışık olduğumuz lityum iyon pillerle aynı teknolojiyi kullanıyor. Ancak aralarında bir takım önemli farklılıklar vardır. Birincisi, elektrikli pilleri aşırı şarjdan ve şiddetli deşarjdan koruyan, servis ömrünü uzatan ve enerji kaynağını daha istikrarlı hale getiren bir yönetim sistemi olan kendi BMS tipinin kullanılmasıdır.
İkincisi, LiFePO4, LiCoO2'den farklı olarak daha az toksiktir. Bu gerçek, çevre kirliliğiyle ilgili bir takım sorunlardan kaçınmamızı sağladı. Özellikle pillerin uygunsuz şekilde imha edilmesi nedeniyle atmosfere yayılan kobalt emisyonlarını azaltın.
Son olarak, tek tip LFP standartlarının bulunmamasından dolayı elementler farklı kimyasal bileşimlere sahiptir ve bu da modellerin teknik özelliklerinin geniş bir aralıkta değişmesine neden olur. Ayrıca bu güç kaynaklarının bakımı daha karmaşıktır ve belirli kurallara uyulması gerekir.
Özellikler
48 Volt, 36 Volt ve 60 Volt lityum demir fosfat pillerin tek tek hücrelerin seri olarak bağlanmasıyla yapıldığını söylemeye değer, çünkü bir LFP bölümündeki maksimum voltaj 3,65 V'u geçemez. Bu nedenle, her pilin teknik göstergeleri önemli ölçüde farklılık gösterebilir birbirinden - hepsi düzeneğe ve spesifik kimyasal bileşime bağlıdır.
Teknik özellikleri analiz etmek için tek bir hücrenin nominal değerlerini sunuyoruz.
Her bir hücrenin yeteneklerinin en iyi şekilde uygulanması Everexceed pilinde sağlandı. Everexceed lityum demir fosfat piller uzun bir servis ömrüne sahiptir. Toplamda %20'ye varan kapasite kaybıyla 4 bine kadar şarj-deşarj döngüsüne dayanabiliyor ve enerji rezervi 12 dakikada yenileniyor. Bunu dikkate alarak Everexceed pillerinin LFP unsurlarının en iyi temsilcilerinden biri olduğu sonucuna varabiliriz.
Avantajlar ve dezavantajlar
Lityum demir fosfat pili diğer pil türlerinden ayıran en büyük avantaj dayanıklılıktır. Böyle bir eleman, elektrik seviyesi %30'a düştüğünde 3 binden fazla, %20'ye düştüğünde ise 2 binden fazla şarj-deşarj döngüsüne dayanma kapasitesine sahip. Bu sayede ortalama pil ömrü yaklaşık 7 yıldır.
Kararlı şarj akımı, LFP elemanlarının ikinci önemli avantajıdır. Şarj tamamen bitene kadar çıkış voltajı 3,2 V'ta kalır. Bu, bağlantı şemasını basitleştirir ve voltaj regülatörlerinin kullanılması ihtiyacını ortadan kaldırır.
Daha yüksek tepe akımı üçüncü avantajlarıdır. Pilin bu özelliği, çok düşük sıcaklıklarda bile maksimum güç üretmelerine olanak tanır. Bu özellik, otomobil üreticilerini, benzinli ve dizel motorları çalıştırırken birincil enerji kaynağı olarak lityum demir fosfat pilleri kullanmaya sevk etti.
Sunulan tüm avantajların yanı sıra, LiFePO4 pillerin önemli bir dezavantajı vardır - büyük ağırlık ve boyut. Bu, belirli makine ve elektrikli ekipman türlerinde kullanımlarını sınırlar.
Operasyonun özellikleri
Hazır lityum fosfat pil satın alırsanız bakım ve çalıştırma konusunda herhangi bir zorluk yaşamayacaksınız. Bütün bunlar, üreticilerin aşırı şarjı önleyen ve elemanın son derece düşük bir seviyeye kadar boşalmasını önleyen BMS kartlarını bu tür elemanların içine yerleştirmesi sayesindedir.
Ancak tek tek piller satın alırsanız (örneğin kalem pilleri), o zaman şarj seviyesini kendiniz izlemeniz gerekecektir. Şarj kritik bir seviyenin (2,00 V'un altına) altına düştüğünde, kapasite hızla düşmeye başlayacak ve bu da hücrelerin yeniden şarj edilmesini imkansız hale getirecektir. Aksine, aşırı şarja izin verirseniz (3,75 V'un üzerinde), salınan gazlar nedeniyle hücre basitçe şişer.
Elektrikli bir araç için benzer bir akü kullanıyorsanız,% 100 şarjdan sonra bağlantısını kesmeniz gerekir, aksi takdirde akü, elektrik akımının aşırı doyması nedeniyle şişer.
Çalışma kuralları
Lityum-fosfor pilleri döngüsel modda değil, tampon modunda, örneğin bir UPS için güç kaynağı olarak veya bir güneş pili ile birlikte kullanmayı planlıyorsanız, şarj seviyesini 3,40'a düşürmeye dikkat etmeniz gerekir. -3,45 V. Başa Çıkma Bu göreve, otomatik modda önce enerji beslemesini tamamen dolduran ve ardından voltaj seviyesini düşüren "akıllı" şarj cihazları yardımcı olur.
Çalışma sırasında hücrelerin dengesini izlemeniz veya özel dengeleme panoları kullanmanız gerekir (bunlar zaten elektrikli bir araç için aküye yerleştirilmiştir). Hücre dengesizliği, cihazın genel voltajının nominal seviyede kaldığı ancak hücre voltajının farklı olduğu bir durumdur.
Bu fenomen, bireysel bölümlerin direncindeki farklılık ve aralarındaki zayıf temas nedeniyle ortaya çıkar. Hücrelerin farklı voltajları varsa, eşit olmayan şekilde şarj olur ve boşalırlar, bu da pilin servis ömrünü önemli ölçüde azaltır.
Pilin devreye alınması
Tek tek hücrelerden monte edilen lityum-fosfor pilleri kullanmadan önce, bölümlerin şarj seviyeleri farklı olabileceğinden sistemin dengelenmesine dikkat edilmelidir. Bunu yapmak için tüm bileşenler birbirine paralel olarak bağlanır ve bir redresöre ve şarj cihazına bağlanır. Bu şekilde bağlanan hücrelerin 3,6 V'a şarj edilmesi gerekir.
Elektrikli bisiklet için lityum demir fosfat pil kullanırken, muhtemelen çalışmanın ilk dakikalarında pilin maksimum güç ürettiğini ve ardından şarjın hızla 3,3-3,0 V seviyesine düştüğünü fark etmişsinizdir. çünkü bu normal pil çalışmasıdır. Gerçek şu ki, ana kapasitesi (yaklaşık %90) tam olarak bu aralıkta yer almaktadır.
Çözüm
Verimliliği diğer akülere göre %20-30 daha yüksektir. Aynı zamanda diğer elektrik kaynaklarına göre 2-3 yıl daha uzun ömürlü olup, tüm çalışma süresi boyunca sabit akım sağlarlar. Bütün bunlar sunulan unsurları olumlu bir ışık altında vurgulamaktadır.
Ancak çoğu kişi lityum demir fosfat pillerini görmezden gelmeye devam edecek. Pillerin artıları ve eksileri fiyatlarına kıyasla sönük kalıyor - alıştığımız kurşun asitli hücrelerden 5-6 kat daha fazla. Ortalama olarak, bir araba için böyle bir akü yaklaşık 26 bin rubleye mal oluyor.
Modern pazar çeşitli elektronik ekipmanlarla doludur. Operasyonları için giderek daha gelişmiş güç kaynakları geliştiriliyor. Bunlar arasında lityum demir fosfat piller özel bir yer tutar. Güvenlidirler, yüksek elektrik kapasitesine sahiptirler, pratik olarak toksin yaymazlar ve dayanıklıdırlar. Belki de bu piller yakında “kardeşlerini” cihazlardan uzaklaştıracak.
İçindekiler
Lityum demir fosfat pil nedir
LiFePo4 piller yüksek performansa sahip, kaliteli ve güvenilir güç kaynaklarıdır. Aktif olarak yalnızca eski kurşun-asit pilleri değil, aynı zamanda modern Li-ion pilleri de değiştiriyorlar. Bugün bu piller yalnızca endüstriyel ekipmanlarda değil, aynı zamanda akıllı telefonlardan elektrikli bisikletlere kadar ev aletlerinde de bulunuyor.
LFP pilleri 2003 yılında Massachusetts Teknoloji Enstitüsü tarafından geliştirildi. Değiştirilmiş bir kimyasal bileşime sahip gelişmiş Li-iyon teknolojisine dayanmaktadırlar: anot için lityum kobaltat yerine lityum ferrofosfat kullanılır. Piller Motorola ve Qualcomm gibi firmalar sayesinde yaygınlaştı.
LiFePo4 piller nasıl üretilir?
LiFePo4 pillerin üretimi için ana bileşenler fabrikaya metalik parlaklığa sahip koyu gri bir toz halinde tedarik edilir. Anot ve katotların üretim şeması aynıdır ancak bileşenlerin karıştırılmasının kabul edilemezliği nedeniyle tüm teknolojik işlemler farklı atölyelerde gerçekleştirilir. Tüm üretim birkaç aşamaya ayrılmıştır.
İlk adım. Elektrotların oluşturulması. Bunu yapmak için, bitmiş kimyasal bileşim her iki tarafı da metal folyoyla (genellikle katot için alüminyum ve anot için bakır) kaplanır. Folyo, bir akım alıcısı ve iletken eleman olarak görev yapabilmesi için bir süspansiyonla ön işleme tabi tutulur. Bitmiş elemanlar ince şeritler halinde kesilir ve birkaç kez katlanarak kare hücreler oluşturulur.
İkinci adım. Doğrudan akü montajı. Gözenekli malzemeden yapılmış bir ayırıcının her iki tarafına hücre şeklindeki katot ve anotlar yerleştirilerek buraya sıkıca sabitlenir. Ortaya çıkan blok, elektrolitle doldurulmuş ve kapatılmış plastik bir kaba yerleştirilir.
Son aşama. Pilin şarj/deşarjını kontrol edin. Şarj işlemi, elektrik akımı voltajında kademeli bir artışla gerçekleştirilir, böylece büyük miktarda ısının açığa çıkması nedeniyle bir patlama veya tutuşma meydana gelmez. Bataryayı boşaltmak için güçlü bir tüketiciye bağlanır. Herhangi bir sapma tespit edilmezse bitmiş elemanlar müşteriye gönderilir.
Lityum demir fosfat pilin çalışma prensibi ve tasarımı
LFP pilleri, her iki tarafta gözenekli bir ayırıcıya sıkıca bastırılan elektrotlardan oluşur. Cihazlara güç sağlamak için hem katot hem de anot akım toplayıcılara bağlanır. Tüm bileşenler plastik bir kasaya yerleştirilir ve elektrolitle doldurulur. Kasanın üzerine, şarj sırasında akım beslemesini düzenleyen bir kontrol cihazı yerleştirilmiştir.
LiFePo4 pillerin çalışma prensibi lityum ferrofosfat ve karbonun etkileşimine dayanmaktadır. Reaksiyonun kendisi aşağıdaki formüle göre ilerler:
LiFePO 4 + 6C → Li 1-x FePO 4 + LiC 6
Pilin şarj taşıyıcısı pozitif yüklü bir lityum iyondur. Diğer malzemelerin kristal kafesine nüfuz ederek kimyasal bağlar oluşturma yeteneğine sahiptir.
LiFePo4 pillerin teknik özellikleri
Üreticiden bağımsız olarak tüm LFP hücreleri aynı teknik özelliklere sahiptir:
- tepe voltajı – 3,65 V;
- orta noktadaki voltaj – 3,3 V;
- tamamen boşalmış durumdaki voltaj – 2,0 V;
- nominal çalışma voltajı – 3,0-3,3 V;
- yük altında minimum voltaj – 2,8 V;
- dayanıklılık - 2 ila 7 bin şarj/deşarj döngüsü;
- 15-18 C sıcaklıkta kendi kendine şarj olur - yılda %5'e kadar.
Sunulan teknik özellikler özellikle LiFePo4 hücrelerine atıfta bulunmaktadır. Kaç tanesinin bir pil ile birleştirildiğine bağlı olarak pillerin parametreleri değişecektir.
Yerli üretim kopyalar aşağıdaki özelliklere sahiptir:
- kapasite – 2000 Ah'a kadar;
- voltaj – 12v, 24v, 36v ve 48v;
- çeşitli çalışma sıcaklıklarında – -30 ila +60 Со arasında;
- şarj akımı ile - 4'ten 30A'ya kadar.
Tüm piller 15 yıl boyunca saklandığında kalitesini kaybetmez, sabit voltaja sahiptir ve düşük toksisiteye sahiptir.
Ne tür LiFePo4 piller var?
AA veya AAA sembolleriyle işaretlenmiş alıştığımız pillerin aksine, lityum demir fosfat hücreleri tamamen farklı bir form faktörü işaretine sahiptir - boyutları 5 basamaklı bir sayıyla şifrelenmiştir. Hepsi tabloda sunulmaktadır.
| Normal boyut | Boyutlar, DxL (mm) |
|---|---|
| 14430 | 14x43 |
| 14505 | 14x50 |
| 17335 | 17x33 |
| 18500 | 18x50 |
| 18650 | 18x65 |
| 26650 | 26x65 |
| 32600 | 32x60 |
| 32900 | 32x90 |
| 38120 | 38x120 |
| 40160 | 40x160 |
| 42120 | 42x120 |
Önünüzde işaretli bir masa olmasa bile pilin boyutlarında kolayca gezinebilirsiniz. Kodun ilk iki hanesi çapı, geri kalanı ise güç kaynağının uzunluğunu (mm) gösterir. Bazı standart ölçülerin sonundaki 5 sayısı yarım milimetreye karşılık gelir.
Lityum demir fosfat pil: artıları ve eksileri
LFP piller, bu güç kaynaklarının tüm avantajlarını absorbe etmelerine ve aynı zamanda doğal dezavantajlarından kurtulmalarına olanak tanıyan Li-ion teknolojisine dayanmaktadır.
Ana avantajlar arasında:
- Dayanıklılık – 7.000 döngüye kadar.
- Enerji yenileme süresini azaltan yüksek şarj akımı.
- Şarj tamamen bitene kadar düşmeyen kararlı çalışma voltajı.
- Yüksek tepe voltajı - 3,65 Volt.
- Yüksek nominal kapasite.
- Hafiflik - birkaç kilograma kadar.
- Bertaraf sırasında düşük düzeyde çevre kirliliği.
- Donma direnci - -30 ila +60C arasındaki sıcaklıklarda çalışmak mümkündür.
Ancak pillerin dezavantajları da vardır. Bunlardan ilki yüksek maliyettir. 20 Ah'lık bir elemanın fiyatı 35 bin rubleye ulaşabilir. İkinci ve son dezavantaj, lityum iyon hücrelerin aksine, pil ünitesini manuel olarak monte etmenin zorluğudur. Bu güç kaynaklarının başka belirgin dezavantajları henüz tespit edilmemiştir.
Şarj cihazları ve LiFePo4'ün nasıl şarj edileceği
LiFePo4 pil şarj cihazları pratik olarak geleneksel invertörlerden farklı değildir. Özellikle, elemanları hızlı bir şekilde yeniden şarj etmek için kullanılan 30A'ya kadar yüksek bir çıkış akımı kaydedebilirsiniz.
Hazır bir pil takımı satın alırsanız, şarj etme konusunda herhangi bir zorluk yaşamazsınız. Tasarımları, tüm hücreleri elektrikle tamamen boşalmaya ve aşırı doymaya karşı koruyan yerleşik bir elektronik kontrole sahiptir. Pahalı sistemler, enerjiyi cihazın tüm hücreleri arasında eşit olarak dağıtan bir dengeleme panosu kullanır.
Üçüncü taraf şarj cihazları kullanıyorsanız, şarj ederken önerilen amperajı aşmamanız önemlidir. Bu, şarj başına pil ömrünü birkaç kez azaltacaktır. Pil ısınırsa veya şişerse, akım gücü izin verilen değerleri aşar.
LiFePo4 piller nerede kullanılır?
LFP pilleri sektör için büyük önem taşıyor. Meteoroloji istasyonları ve hastanelerdeki cihazların işlevselliğini korumak için kullanılırlar. Ayrıca rüzgar santrallerinde tampon olarak uygulanıyor ve güneş panellerinden enerji depolamak için kullanılıyorlar.
Modern otomobillerde alışılagelmiş kurşun-asit pillerin yerine 12v piller kullanılmaya başlandı. LiFePo4 yapıları elektrikli bisikletler, ATV'ler ve motorlu teknelerde ana güç kaynağı olarak kurulur.
Anlamları günlük yaşamda yaygındır. Telefonlara, tabletlere ve hatta tornavidalara yerleştirilmiştir. Bununla birlikte, bu tür cihazların fiyatı, teknolojik açıdan daha az gelişmiş benzerlerinden önemli ölçüde farklıdır. Bu nedenle bunları piyasada bulmak hala zordur.
LiFePo4'ün depolanması, çalıştırılması ve imhasına ilişkin kurallar
LFP pilini uzun süreli depolamaya göndermeden önce %40-60'a kadar şarj etmek ve tüm depolama süresi boyunca bu şarj seviyesini korumak gerekir. Pil, sıcaklığın oda sıcaklığının altına düşmediği kuru bir yerde saklanmalıdır.
Çalışma sırasında üreticinin gereksinimlerine uyulmalıdır. Pilin aşırı ısınmasını önlemek önemlidir. Pilin çalışma veya şarj sırasında dengesiz bir şekilde ısındığını fark ederseniz, bir onarım merkezine başvurmalısınız - belki de hücrelerden biri arızalanmıştır veya kontrol ünitesinde veya denge panosunda bir arıza vardır. Şişlik ortaya çıkarsa aynı şey yapılmalıdır.
Kaynağını tamamen tüketen bir pili uygun şekilde imha etmek için bu konuda uzmanlaşmış kuruluşlarla iletişime geçmelisiniz. Böylece sadece vicdanlı bir vatandaş gibi davranmakla kalmayacak, aynı zamanda bundan para da kazanabileceksiniz. Ancak pili çöp sahasına gönderirseniz kötü bir şey olmayacaktır.
Ayrıca ilginizi çekebilir
Minyatür düğme şeklindeki piller birçok cihazda kullanılmaktadır. Farklı üreticilerin ürünleri farklılık gösterebilir
Herhangi bir arabanın motorunu çalıştırmanın güvenilirliği büyük ölçüde kullanılan akünün kalitesine bağlıdır. O gerekir
Her araba için doğru aküyü seçmek önemlidir. Bu, servis ömrünü önemli ölçüde uzatacaktır
LiFePO4 pil nedir
LiFePO4, olivin ailesinden doğal olarak oluşan bir mineraldir. LiFePO4 pillerin doğum tarihi, Teksas Üniversitesi'nde LiFeP04'ün pil elektrotunda kullanımının ilk kez önerildiği 1996 yılı olarak kabul edilir. Mineral toksik değildir, nispeten ucuzdur ve doğal olarak oluşur.
LiFEPO4, lityum pillerin bir alt kümesidir ve lityum pillerle aynı enerji teknolojisini kullanır ancak bunlar %100 lityum (lityum iyon) piller değildir.
Teknolojinin nispeten yakın zamanda ortaya çıkması nedeniyle, LiFEPO4 pillerin kalitesini değerlendirmek için tek bir standart olmadığı gibi, bize tanıdık gelen kurşun-asit pillerin performansıyla doğrudan benzerlikler de yoktur.
Piyasada LFTP piller için tek tip bir standardın bulunmaması nedeniyle, bunları farklı özelliklere ve iç kimyaya sahip kullanan birçok LFP hücresi ve pil çeşidi vardır, bunların hepsine LFP veya lityum piller denir, ancak farklı çalışırlar. Sınırsızlığı benimsemeye çalışmadan, pillerimizin neyi garanti ettiğine odaklanacağız.
Aliant lityum demir fosfat piller aşağıdaki pratik avantajlara sahiptir:
- Boyutlar - piller kurşun analoglarından 3 kat daha küçüktür, bu nedenle yalnızca 3 pil tüm motosiklet model yelpazesini kapsar
- Pil günde %0,05'ten daha az oranda kendi kendine deşarj olur; Yeniden şarj etmeden ve özelliklerini kaybetmeden bir yıl boyunca rafta rahatlıkla durabilir, motoru çalıştırıp ardından% 100'e yakın bir duruma şarj edebilir.
- sonraki performans açısından ciddi sonuçlara yol açmadan boşalmış durumda olabilir, akü terminallerindeki voltaj 9,5V'un altına düşmediği sürece deşarj eşiği 9,5V'dur - akü şarj edilebilir ve orijinal durumuna geri döndürülebilir
- Pilin içindeki yerleşik BMS (Pil Yönetim Sistemi) denetleyicisini kullanarak içindeki 4 öğenin tamamının eşit şekilde şarj edilmesini sağlar. Akünün içinde her biri 3,3V, nominal voltajı 13,3V olan seri bağlı 4 eleman vardır, ancak akü 2 terminal üzerinden şarj edilir. Bu şarj yöntemi kurşun piller için uygundur, ancak LFP için uygun değildir - dahili elemanlar her zaman düşük şarjlı kalır, bu da arıza olasılığını artırır, seri bağlantıdaki LFP elemanlarının eşit şekilde şarj olması için, içine bir elektronik devre yerleştirilmiştir. 2 terminale gelen şarjı akü içindeki 4 elemana eşit olarak dağıtan akü
Lityum iyon pillerden ve kurşun pillerden daha fazla sayıda yeniden şarj döngüsü,
pil, %70 deşarj durumunda 3000 şarj döngüsüne ve %80 deşarj durumunda 2000 döngüye dayanabilir, bu da 7 yıla kadar pil ömrü sağlar; ALIANT piller için koşulsuz 2 yıl garanti veriyoruz. Ortalama olarak akü 12.000 marş çalıştırması için tasarlanmıştır.
yüksek marş dönüş akımı, -18C'de akü, marş motoruna ortalama yeni bir kurşun aküye karşılık gelen güç sağlar, ancak +23C'de marş motoruna sağlanabilecek güç bir kurşun akünün iki katıdır. Yüksek güç çıkışı, motor çalıştırıldığında hemen hissedilir, marş motoru, yeni kurşun aküde olduğu gibi hızlı bir şekilde döner.
ağırlık - ALIANT aküleri kurşun akülerden 5 kat daha hafiftir
hızlı şarj - ortalama olarak piller ilk 2 dakika içinde %50, 30 dakika içinde %100 şarj olur; bu, 30 dakikalık yolculuktan sonra pilin %100 şarj olduğu anlamına gelir; aslında piliniz her zaman %100 şarjlıdır
kararlı deşarj voltajı - deşarj sırasında akü, son ana kadar 13,2V'a yakın bir voltajı korur, ardından deşarjdan sonra voltajda keskin bir düşüş meydana gelir - kalan şarjın% 40'ına sahip bir akü, marş motorunu hızla çevirecektir
kararlı deşarj voltajı - deşarj sırasında akü sonuna kadar 13,2V'a yakın bir voltajı korur, ardından deşarjdan sonra voltajda keskin bir düşüş meydana gelir
ultra düşük sıcaklıklarda çalışın. Ultra düşük sıcaklıklardaki pil performansına özel önem verdik; diğer üreticilerin LFP pillerini kullanan bazı deneyimli motosikletçiler, LFP pillerinin performansının sıcaklıkla birlikte keskin bir şekilde düştüğünü fark ettiler. Yani +3 derecede, marş motoru artık kuvvetli bir şekilde dönmez, ancak eksi sıcaklıkta pil "uykuya dalar" ve ancak ısındıktan sonra enerji açığa çıktıkça uyanır. Özel kimyası sayesinde pillerimiz bu dezavantajdan arındırılmıştır. -18C'de akülerin sağladığı güç neredeyse 2 kat azalsa da marş motorunu kuvvetli bir şekilde çevirmek için yeterlidir. Pil, -30C'ye kadar sıcaklıklarda çalışacak şekilde tasarlanmıştır; piller, -3 ve üzeri sıcaklıklarda aşırı güce sahiptir. -18 ila -30C arasındaki sıcaklık aralığında akü marş motorunu çevirecektir ancak yarı boşalmış bir kurşun akü gibi hissedecektir.
Her pozisyonda çalışır, pilin içinde sıvı yoktur, tıpkı jel piller gibi her pozisyonda kullanılabilir
geniş sıcaklık aralığı - -30C ila +60C
LiFePO4 piller ve kurşun analogları arasındaki temel fiziksel farklar
Daha önce de belirtildiği gibi, LiFePO4 piller ve kurşun piller farklı kimyaya sahiptir ve pilinizi anlamak için farkların ne olduğunu bilmeniz gerekir.
Temel fark kapasiteyle ilgilidir. Akülerdeki farklılıkları bir örnekle anlayabilirsiniz: Marş motorunu bir LiFEP04 aküye ve bir kurşun aküye bağlarsanız ve döndürmeye başlarsanız, aynı zamanda LiFEPO4 aküsü marş motorunu pratikte azalmadan neredeyse 1,5 kat daha fazla döndürecektir. Daha önce kurşun-asit akü kullandıysanız, son dakikaya kadar aküde çok fazla şarj kaldığı izlenimini edineceksiniz, ancak akü aslında Zaten neredeyse boşalmış olabilirse, dönüş hızındaki düşüş, kurşun-asit aküde olduğu gibi düzgün bir şekilde gerçekleşmeyecek, ancak voltajın 12V'un altına düşmesinden sonra aniden meydana gelecektir. 7A/h'lik bir kurşun akü ve benzer kapasiteye sahip bir LiFEPO4 akü alırsanız, ilk 10 dakika içinde tamamen tükenene kadar marş motorunun dönüş sayısı (esasen yük) LiFEP04 için çok daha fazla olacaktır, ancak daha sonra sonraki 5 dakika içinde akü tükenecek, kurşun akü ise marş motorunu 20 dakikaya kadar çevirebilir. Bu nedenle, -18C'den başlayan sıcaklıklardaki tüm pratik yaşam koşullarında, LiFEPO4 aküsü, jeneratörün arızalanması durumu dışında kurşun akülerden daha iyi performans gösterir. Bu durumda jeneratör olmadan kurşun akü LiFePO4'ten daha uzun süre dayanabilir.
aşırı gerilim. Şarj voltajı izin verilen sınırı aştığında LiFEPO4 ve kurşun asitli aküler farklı davranır. Kurşun-asit akü kaynamaya başlar. LIFEPO4 pillerde geri dönüşü olmayan kimyasal reaksiyonlar meydana gelir. Piyasada LIFEPO4 aküsüne zarar verebilecek bir voltaj sağlayan hiçbir motosiklet yoktur, ancak çok nadir durumlarda regülatör rölesinin akü terminallerindeki voltajın 15 ila 60V aralığında olacak şekilde arızalanması durumunda - LIFEP04 pili hasar görecektir.
sıcaklık. LIFEP04 piller düşük sıcaklığı sevmez, pillerimizde -30C'ye kadar çalışabilen özel elemanlar kullanıyoruz ancak -18C'den sonra LIFEPO4 pilin performansı öyle bir düşüyor ki kurşun pil bizimkinden daha fazla güç üretiyor. . Elementlerin özel kimyası olmasaydı, zaten +4 derece LIFEPO4'te pil performansını kaybederdi.
Desteğe bir soru sorun: Bu e-posta adresi spam robotlarından korunuyor. Görüntülemek için JavaScript'i etkinleştirmiş olmanız gerekir.
Günümüzde farklı kimya türlerine sahip çok sayıda pil bulunmaktadır. Günümüzde en popüler piller lityum iyondur. Lityum demir fosfat (ferrofosfat) piller de bu gruba aittir. Bu kategoriye ait tüm piller genel olarak teknik özellikler açısından birbirine benzerse, lityum demir fosfat piller, onları lityum iyon teknolojisi kullanılarak üretilen diğer pillerden ayıran kendine özgü özelliklere sahiptir.
Lityum demir fosfat pilinin keşfinin tarihi
LiFePO4 pilinin mucidi, 1996 yılında Texas Üniversitesi'nde lityum iyon piller için yeni bir katot malzemesi oluşturmak üzere çalışan John Goodenough'dur. Profesör daha ucuz, daha az toksisiteye sahip ve yüksek termal stabiliteye sahip bir malzeme yaratmayı başardı. Yeni katot kullanılan pilin dezavantajları arasında kapasitesinin düşük olması da vardı.
Hiç kimse John Goodenough'un icadıyla ilgilenmedi, ancak 2003 yılında A 123 Systems şirketi oldukça umut verici olduğunu düşünerek bu teknolojiyi geliştirmeye karar verdi. Birçok büyük şirket - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola - bu teknolojinin yatırımcısı haline geldi.
LiFePO4 pillerin özellikleri
Ferrofosfat pilin voltajı, lityum iyon teknolojisiyle ilgili diğer pillerle aynıdır. Nominal voltaj akü boyutlarına (boyut, form faktörü) bağlıdır. 18 650 piller için bu 3,7 volt, 10 440 (serçe parmak pilleri) için - 3,2, 24 330 - 3,6'dır.
Hemen hemen tüm pillerde voltaj, deşarj sırasında kademeli olarak düşer. Benzersiz özelliklerden biri, LiFePO4 pilleri çalıştırırken voltaj kararlılığıdır. Bunlara benzer voltaj özellikleri, nikel teknolojisi (nikel-kadmiyum, nikel-metal hidrit) kullanılarak yapılmış pillere sahiptir.
Lityum demir fosfat pil, boyutuna bağlı olarak tamamen boşalana kadar 3,0 ila 3,2 volt arasında güç sağlama kapasitesine sahiptir. Bu özellik, bu pillere devrelerde kullanıldığında daha fazla avantaj sağlar çünkü voltaj regülasyonu ihtiyacını pratik olarak ortadan kaldırır.
Tam deşarj voltajı 2,0 volttur ve bu, herhangi bir lityum teknolojili pilin kaydedilen en düşük deşarj sınırıdır. Bu piller, 2000 şarj ve deşarj döngüsüne eşdeğer olan hizmet ömrü açısından liderdir. LiFePO4 piller, kimyasal yapılarının güvenliği nedeniyle, pile yüksek akım verildiğinde özel hızlandırılmış delta V yöntemi kullanılarak şarj edilebilmektedir.
Çoğu pil bu yöntemle şarj edilmeye dayanamaz, bu da aşırı ısınmaya ve hasara neden olur. Lityum demir fosfat pillerde bu yöntemin kullanılması sadece mümkün olmakla kalmaz, hatta tavsiye edilir. Bu nedenle özellikle bu tür pilleri şarj etmek için özel şarj cihazları bulunmaktadır. Elbette bu tür şarj cihazları başka kimyaya sahip pillerde kullanılamaz. Bu tür şarj cihazlarındaki lityum demir fosfat piller, form faktörüne bağlı olarak 15-30 dakikada tamamen şarj edilebilir.
LiFePO4 piller alanındaki son gelişmeler, kullanıcılara gelişmiş çalışma sıcaklığı aralığına sahip piller sunuyor. Lityum iyon piller için standart aralık -20 ila +20 santigrat derece arasında çalışmak iken, lityum demir fosfat piller -30 ila +55 santigrat derece aralığında mükemmel şekilde çalışabilir. Pili, açıklananların üzerindeki veya altındaki sıcaklıklarda şarj etmek veya boşaltmak, pile ciddi şekilde zarar verecektir.
Lityum demir fosfat piller, diğer lityum iyon pillere göre yaşlanma etkilerine karşı çok daha az hassastır. Eskime, pilin kullanımda olmasına veya rafta durmasına bakılmaksızın zamanla doğal kapasite kaybıdır. Karşılaştırıldığında, tüm lityum iyon piller her yıl kapasitelerinin yaklaşık %10'unu kaybeder. Lityum demir fosfat yalnızca %1,5 kaybeder.
Bu pillerin dezavantajlarından biri, diğer lityum iyon pillerden %14 daha az (veya daha fazla) olan daha düşük kapasiteleridir.
Ferrofosfat Akü Güvenliği
Bu tip pil, mevcut tüm pil türleri arasında en güvenli olanlardan biri olarak kabul edilir. LiFePO4 çok kararlı bir kimyaya sahiptir ve deşarj (düşük dirençli çalışmada) ve şarj (pilin yüksek akımlarla şarj edilmesi sırasında) sırasında ağır yüklere iyi dayanabilir.
Fosfatların kimyasal olarak güvenli olması nedeniyle bu pillerin kullanım ömrü bittikten sonra geri dönüştürülmesi daha kolaydır. Tehlikeli kimyasallar (lityum-kobalt gibi) içeren birçok pilin, çevresel tehlikelerini azaltmak için ek geri dönüşüm süreçlerine tabi tutulması gerekir.
Lityum demir fosfat pillerin şarj edilmesi
Yatırımcıların ferrofosfat kimyasına ticari ilgisinin nedenlerinden biri, kararlılığından kaynaklanan hızlı şarj olasılığıydı. LiFePO4 pillerin montaj hattı üretimi organize edildikten hemen sonra hızlı şarj edilebilecek piller olarak konumlandırıldı.
Bu amaçla özel şarj cihazları üretilmeye başlandı. Yukarıda da yazdığımız gibi, bu tür şarj cihazları diğer pillerde kullanılamaz çünkü bu onların aşırı ısınmasına ve ciddi şekilde hasar görmesine neden olur.
Bu piller için özel bir cihaz sayesinde 12-15 dakikada şarj edilebilmektedir. Ferrofosfat piller geleneksel şarj cihazlarıyla da şarj edilebilir. Her iki şarj moduna sahip kombine şarj cihazı seçenekleri de mevcuttur. En iyi seçenek elbette şarj sürecini düzenleyen birçok seçeneğe sahip akıllı şarj cihazlarını kullanmak olacaktır.
Lityum demir fosfat pil tasarımı
Lityum demir fosfat LiFePO4 pilin kimyasal teknolojideki muadillerine göre iç yapısında hiçbir özel özelliği bulunmuyor. Yalnızca tek bir element değiştirildi; demir fosfattan yapılmış katot. Anot malzemesi lityumdur (tüm lityum iyon teknolojisine sahip pillerde lityum anot bulunur).
Herhangi bir pilin çalışması, kimyasal reaksiyonun tersine çevrilebilirliğine dayanır. Aksi takdirde pilin içinde meydana gelen işlemlere oksidasyon ve indirgeme işlemleri denir. Herhangi bir pil elektrotlardan oluşur - bir katot (eksi) ve bir anot (artı). Ayrıca herhangi bir pilin içinde, özel bir sıvı elektrolit ile emprenye edilmiş gözenekli bir malzeme olan bir ayırıcı vardır.
Pil boşaldığında, lityum iyonları ayırıcı boyunca katottan anoda doğru hareket ederek birikmiş şarjı (oksidasyon) serbest bırakır. Bir pili şarj ederken, lityum iyonları anottan katoda ters yönde hareket ederek şarj biriktirir (indirgeme).
Lityum demir fosfat pil çeşitleri
Bu kimyadaki her şey dört kategoriye ayrılabilir:
- Tam piller.
- Paralel boru şeklinde büyük hücreler.
- Paralel boru şeklindeki küçük hücreler (prizmatik - 3,2 V LiFePO4 piller).
- Küçük düz piller (paketler).
- Silindirik piller.
Lityum demir fosfat piller ve hücreler, 12 ila 60 volt arasında farklı voltaj değerlerine sahip olabilir. Birçok yönden geleneksel çalışma döngülerinin ilerisindedirler, çok daha yüksektirler, ağırlıkları birkaç kat daha düşüktür ve birkaç kat daha hızlı yeniden şarj edilirler.
Bu kimyayı kullanan silindirik piller hem ayrı ayrı hem de bir devrede kullanılır. Bu silindirik pillerin boyutları çok farklıdır: 14.500'den (parmak tipi) 32.650'ye kadar.
Lityum demir fosfat piller
Bisikletler ve elektrikli bisikletler için ferrofosfat piller özel ilgiyi hak ediyor. Yeni demir-fosfat katotunun icadıyla birlikte, bu kimyaya dayanan diğer pil türleriyle birlikte, gelişmiş özellikleri ve daha düşük ağırlıkları nedeniyle sıradan bisikletlerde bile rahatlıkla kullanılabilen özel piller ortaya çıktı. Bu tür piller, bisikletlerini yükseltme hayranları arasında hemen popülerlik kazandı.
Lityum demir fosfat piller, birkaç saat boyunca sorunsuz bisiklet sürme olanağı sunabiliyor; bu da onları, geçmişte sıklıkla bisikletlere takılan içten yanmalı motorlara karşı değerli bir rakip haline getiriyor. Tipik olarak bu amaçlar için 48v LiFePO4 piller kullanılır, ancak 25, 36 ve 60 voltluk piller satın almak da mümkündür.
Ferrofosfat pillerin uygulanması
Pilin bu kimyadaki rolü yoruma gerek kalmadan açıktır. Prizmatikler farklı amaçlar için kullanılır - LiFePO4 3,2 v piller. Daha büyük hücreler güneş enerjisi ve rüzgar türbinleri için hücre olarak kullanılır. Ferrofosfat piller elektrikli araçların tasarımında aktif olarak kullanılmaktadır.
Küçük düz piller telefonlar, dizüstü bilgisayarlar ve tablet PC'ler için kullanılır. Elektronik sigaralar, radyo kontrollü modeller vb. için farklı form faktörlerindeki silindirik piller kullanılır.
