Бүгінгі күні әртүрлі химия түрлері бар батареялардың көп саны бар. Бүгінгі таңда ең танымал батареялар - литий-ион. Бұл топқа литий-темір-фосфатты (феррофосфатты) батареялар да кіреді. Осы санаттағы барлық батареялар техникалық сипаттамаларда жалпы ұқсас болғанымен, литий-темір фосфатты батареялардың литий-ион технологиясы арқылы жасалған басқа батареялардан ерекшеленетін өзіндік ерекшеліктері бар.
Литий-темір фосфатты батареяның ашылу тарихы
LiFePO4 батареясының өнертапқышы - Джон Гуденоф, ол 1996 жылы Техас университетінде литий-ионды батареяларға арналған жаңа катодты материалда жұмыс істеген. Профессор арзанырақ, уыттылығы аз және термиялық тұрақтылығы жоғары материал жасай алды. Жаңа катодты пайдаланған аккумулятордың кемшіліктерінің арасында сыйымдылығы төмен болды.
Джон Гуденофтың өнертабысы ешкімді қызықтырмады, бірақ 2003 жылы A 123 Systems бұл технологияны өте перспективалы деп санап, әзірлеуге шешім қабылдады. Көптеген ірі корпорациялар осы технологияның инвесторлары болды - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
LiFePO4 батареяларының сипаттамалары
Феррофосфатты батареяның кернеуі басқа литий-ионды технологиялы батареялармен бірдей. Номиналды кернеу батареяның өлшемдеріне байланысты (өлшемі, пішін факторы). 18 650 батареялары үшін бұл 3,7 вольт, 10 440 (кішкентай саусақтар) үшін - 3,2, 24 330 үшін - 3,6.
Барлық дерлік батареялар үшін зарядтау кезінде кернеу біртіндеп төмендейді. Бірегей мүмкіндіктердің бірі - LiFePO4 батареяларымен жұмыс істеу кезінде кернеудің тұрақтылығы. Никель технологиясы (никель-кадмий, никель-металл гидрид) арқылы жасалған батареялардың кернеу сипаттамалары осыған ұқсас.
Өлшеміне байланысты литий-темір фосфатты батарея заряды толығымен таусылғанша 3,0 және 3,2 вольт арасында бере алады. Бұл қасиет тізбектерде пайдаланылған кезде бұл батареяларға көбірек артықшылықтар береді, өйткені ол кернеуді реттеу қажеттілігін іс жүзінде жоққа шығарады.
Толық зарядсыздану кернеуі 2,0 вольт, кез келген литий технологиялы аккумулятордың жазылған ең төменгі разряд шегі. Бұл батареялар көшбасшы болып табыладықызмет ету мерзімі, бұл зарядтау және разряд үшін 2000 циклге тең. Химиялық құрылымының қауіпсіздігіне байланысты LiFePO4 батареяларын аккумуляторға үлкен ток қолданғанда арнайы үдетілген үшбұрыш V әдісі арқылы зарядтауға болады.
Көптеген батареялар бұл зарядтау әдісіне төтеп бере алмайды, бұл олардың қызып кетуіне және тозуына себеп болады. Литий-темір-фосфатты батареялар жағдайында бұл әдісті пайдалану мүмкін ғана емес, тіпті ұсынылады. Сондықтан мұндай батареяларды зарядтау үшін арнайы зарядтағыштар бар. Әрине, мұндай зарядтағыштарды басқа химиясы бар батареяларда қолдануға болмайды. Пішін факторына байланысты бұл зарядтағыштардағы литий темір фосфатты батареяларды 15-30 минут ішінде толық зарядтауға болады.
LiFePO4 батареялары саласындағы соңғы әзірлемелер пайдаланушыға жақсартылған жұмыс температурасы диапазоны бар батареяларды ұсынады. Литий-ионды аккумуляторлар үшін стандартты жұмыс диапазоны -20-дан +20 градус Цельсий болса, онда литий-темір фосфатты батареялар -30-дан +55-ке дейінгі диапазонда тамаша жұмыс істей алады. Батареяны сипатталғандан жоғары немесе төмен температурада зарядтау немесе зарядсыздандыру батареяны қатты зақымдайды.
Лтий-темір фосфатты батареялар басқа литий-ионды батареяларға қарағанда қартаю әсерінен әлдеқайда аз әсер етеді. Қартаю - бұл батареяның пайдаланылуына немесе пайдаланылуына байланысты емес, уақыт өте келе сыйымдылықтың табиғи жоғалуысөреде тұр. Салыстыру үшін, барлық литий-иондық батареялар жыл сайын шамамен 10% сыйымдылығын жоғалтады. Литий темір фосфаты тек 1,5% жоғалтады.
Бұл батареялардың кемшілігі - сыйымдылығы төмен, ол басқа литий-ионды батареяларға қарағанда 14% аз (немесе одан да көп).
Феррофосфатты батарея қауіпсіздігі
Батареялардың бұл түрі барлық қолданыстағы батарея түрлерінің ішіндегі ең қауіпсізінің бірі болып саналады. LiFePO4 литий-фосфат батареялары өте тұрақты химияға ие және разрядта (төмен қарсылықта жұмыс істегенде) және зарядтағанда (батареяны жоғары токпен зарядтау кезінде) ауыр жүктемелерге жақсы төтеп бере алады.
Фосфаттар химиялық тұрғыдан қауіпсіз болғандықтан, бұл батареяларды қорларын өңдегеннен кейін жою оңайырақ. Қауіпті химиялық құрамы бар көптеген батареялар (мысалы, литий-кобальт) қоршаған ортаға зиянын жою үшін қосымша қайта өңдеу процестерінен өтуі керек.
Литий темір фосфатты батареяларды зарядтау
Инвесторлардың феррофосфат химиясына коммерциялық қызығушылығының себептерінің бірі оның тұрақтылығынан туындаған тез зарядтау мүмкіндігі болды. LiFePO4 батареяларының конвейерлік шығарылымын ұйымдастырудан кейін олар тез зарядталатын батареялар ретінде орналастырылды.
Осы мақсат үшін арнайы зарядтағыштар шығарылды. Жоғарыда айтылғандай, мұндай зарядтағыштарды басқа батареяларда пайдалану мүмкін емес, себебі бұл олардың қызып кетуіне әкеледі және қатты зақымдайды.олар.
Бұл батареяларға арналған арнайы зарядтағыш оларды 12-15 минутта зарядтай алады. Феррофосфатты батареяларды кәдімгі зарядтағыштармен де зарядтауға болады. Екі зарядтау режимі бар біріктірілген зарядтағыш опциялары да бар. Ең жақсы нұсқа, әрине, зарядтау процесін басқару үшін көптеген опциялары бар смарт зарядтағыштарды пайдалану болады.
Литий темір фосфатты батарея құрылғысы
Литий-темір-фосфатты LiFePO4 батареясының химиялық технологиядағы әріптестерімен салыстырғанда ішкі құрылымында ерекше ерекшеліктері жоқ. Бір ғана элемент өзгеріске ұшырады - темір фосфатынан жасалған катод. Анод материалы литий (барлық литий-ионды батареяларда литий аноды бар).
Кез келген батареяның жұмысы химиялық реакцияның қайтымдылығына негізделген. Әйтпесе, батареяның ішінде болатын процестер тотығу және қалпына келтіру процестері деп аталады. Кез келген аккумулятор электродтардан тұрады - катод (минус) және анод (плюс). Сондай-ақ, кез келген батареяның ішінде сепаратор - арнайы сұйықтықпен сіңдірілген кеуекті материал - электролит бар.
Батарея заряды таусылғанда, литий иондары сепаратор арқылы катодтан анодқа өтіп, жинақталған зарядты (тотығу) шығарады. Батарея зарядталғанда, литий иондары анодтан катодқа қарама-қарсы бағытта қозғалып, зарядты жинақтайды (қалпына келтіру).
Литий темірфосфатты батареялардың түрлері
Осы химиядағы батареялардың барлық түрлерін төрт санатқа бөлуге болады:
- АяқталдыБатарея.
- Параллелепипед түріндегі үлкен ұяшықтар.
- Параллелепипед түріндегі шағын ұяшықтар (призмалар - 3,2 В кернеудегі LiFePO4 батареялары).
- Шағын монета ұяшықтары (пакеттер).
- Цилиндрлік батареялар.
Литий темірфосфаты батареялары мен ұяшықтарында 12-ден 60 вольтқа дейінгі әртүрлі номиналды кернеулер болуы мүмкін. Олар дәстүрлі қорғасын қышқылды аккумуляторлардан көп жағдайда асып түседі: цикл уақыты әлдеқайда жоғары, салмағы бірнеше есе аз және олар бірнеше есе жылдам зарядталады.
Бұл химиядағы цилиндрлік батареялар бөлек және тізбекте қолданылады. Бұл цилиндрлік батареялардың өлшемдері өте әртүрлі: 14500-ден (саусақ түрі) 32650-ге дейін.
Литий темір фосфатты батареялар
Велосипедтер мен электр циклдарына арналған феррофосфатты батареялар ерекше назар аударуға тұрарлық. Жаңа темір-фосфатты катодтың өнертабысы осы химияға негізделген батареялардың басқа түрлерімен қатар, жақсартылған сипаттамалары мен жеңіл салмағының арқасында қарапайым велосипедтерде де ыңғайлы қолдануға болатын арнайы батареялар шықты. Мұндай батареялар велосипедтерін жаңартуды ұнататындар арасында бірден танымал болды.
Литий темірфосфатты аккумуляторлар бірнеше сағаттық алаңсыз велосипедпен жүруді қамтамасыз ете алады, бұл бұрын велосипедтерге жиі орнатылған іштен жанатын қозғалтқыштар үшін лайықты бәсеке. Әдетте деректер үшінмақсаттарда 48в LiFePO4 батареялары пайдаланылады, бірақ 25, 36 және 60 вольтқа арналған батареяларды сатып алуға болады.
Феррофосфатты батареяларды қолдану
Бұл химиядағы батареялардың рөлі түсініксіз. Призмалар әртүрлі мақсаттарда қолданылады - LiFePO4 3, 2 в батареялары. Үлкен ұяшықтар күн энергиясы мен жел турбиналары үшін буферлік жүйелердің элементтері ретінде пайдаланылады. Феррофосфатты батареялар электр көліктерінің құрылысында белсенді қолданылады.
Телефондар, ноутбуктер және планшеттік компьютерлер үшін шағын жалпақ батареялар қолданылады. Әртүрлі пішін факторларының цилиндрлік батареялары пневматикалық қарулар, электронды темекілер, радиомен басқарылатын модельдер және т.б. үшін пайдаланылады.
