Danas postoji veliki broj baterija sa različitim vrstama hemije. Najpopularnije baterije danas su litijum-jonske. U ovu grupu spadaju i litijum-gvozdeno-fosfatne (ferofosfatne) baterije. Dok su sve baterije u ovoj kategoriji uglavnom slične u tehničkim specifikacijama, litijum-gvozdeno-fosfatne baterije imaju svoje jedinstvene karakteristike koje ih razlikuju od drugih baterija napravljenih korišćenjem litijum-jonske tehnologije.
Priča o otkriću litijum-gvozdeno-fosfatne baterije
Izumitelj LiFePO4 baterije je John Goodenough, koji je 1996. radio na Univerzitetu Teksas na novom katodnom materijalu za litijum-jonske baterije. Profesor je uspio stvoriti materijal koji je jeftiniji, ima manje toksičnosti i visoku termičku stabilnost. Među nedostacima baterije, koja je koristila novu katodu, bio je manji kapacitet.
Niko nije bio zainteresovan za pronalazak Johna Goodenougha, ali je 2003. godine A 123 Systems odlučio da razvije ovu tehnologiju, smatrajući je prilično obećavajućom. Mnoge velike korporacije postale su investitori u ovu tehnologiju - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
Karakteristike LiFePO4 baterija
Napon ferofosfatne baterije je isti kao i napon drugih baterija litijum-jonske tehnologije. Nazivni napon zavisi od dimenzija baterije (veličina, faktor oblika). Za baterije 18 650 ovo je 3,7 volti, za 10 440 (mali prsti) - 3,2, za 24 330 - 3,6.
Za skoro sve baterije, napon postepeno opada tokom pražnjenja. Jedna od jedinstvenih karakteristika je stabilnost napona pri radu sa LiFePO4 baterijama. Baterije napravljene po tehnologiji nikla (nikl-kadmijum, nikl-metal hidrid) imaju slične naponske karakteristike.
U zavisnosti od veličine, litijum-gvožđe-fosfatna baterija može isporučiti između 3,0 i 3,2 volta dok se potpuno ne isprazni. Ovo svojstvo daje više prednosti ovim baterijama kada se koriste u strujnim krugovima, jer praktično eliminiše potrebu za regulacijom napona.
Napon punog pražnjenja je 2,0 volta, najniža zabilježena granica pražnjenja bilo koje baterije litijumske tehnologije. Ove baterije su liderivijek trajanja, što je ekvivalentno 2000 ciklusa za punjenje i pražnjenje. Zbog sigurnosti njihove hemijske strukture, LiFePO4 baterije se mogu puniti pomoću posebne ubrzane delta V metode kada se na bateriju dovede velika struja.
Mnoge baterije ne mogu izdržati ovaj način punjenja, što dovodi do njihovog pregrijavanja i kvarenja. U slučaju litijum-željezo-fosfatnih baterija, upotreba ove metode nije samo moguća, već je čak i preporučljiva. Stoga postoje posebni punjači posebno za punjenje takvih baterija. Naravno, takvi punjači se ne mogu koristiti na baterijama s drugom hemijom. U zavisnosti od oblika, litijum-gvožđe-fosfatne baterije na ovim punjačima mogu se potpuno napuniti za 15-30 minuta.
Nedavni razvoji u oblasti LiFePO4 baterija nude korisniku baterije sa poboljšanim opsegom radne temperature. Ako je standardni radni opseg za litijum-jonske baterije -20 do +20 stepeni Celzijusa, onda litijum-gvozdene fosfatne baterije mogu savršeno da rade u opsegu od -30 do +55. Punjenje ili pražnjenje baterije na temperaturama iznad ili ispod opisanih će ozbiljno oštetiti bateriju.
Litijum-gvožđe-fosfatne baterije su mnogo manje pogođene efektom starenja od drugih litijum-jonskih baterija. Starenje je prirodni gubitak kapaciteta tokom vremena, koji ne zavisi od toga da li se baterija koristi ilije na polici. Poređenja radi, sve litijum-jonske baterije gube oko 10% kapaciteta svake godine. Litijum gvožđe fosfat gubi samo 1,5%.
Nedostatak ovih baterija je manji kapacitet, koji je 14% manji (ili tako nešto) od ostalih litijum-jonskih baterija.
Bezbednost ferofosfatnih baterija
Ova vrsta baterija se smatra jednom od najsigurnijih među svim postojećim tipovima baterija. LiFePO4 litijum fosfatne baterije imaju veoma stabilnu hemiju i mogu dobro da izdrže teška opterećenja pri pražnjenju (u radu sa malim otporom) i punjenju (prilikom punjenja baterije velikom strujom).
Zbog činjenice da su fosfati hemijski bezbedni, ove baterije je lakše odložiti nakon što iskoriste svoj resurs. Mnoge baterije sa opasnom hemijom (kao što je litijum-kob alt) moraju proći dodatne procese recikliranja kako bi se eliminisala opasnost po životnu sredinu.
Punjenje litijum-gvozdeno-fosfatnih baterija
Jedan od razloga komercijalnog interesa investitora za hemiju ferofosfata bila je mogućnost brzog punjenja, što je rezultat njegove stabilnosti. Odmah po organizovanju transportnog puštanja LiFePO4 baterija pozicionirane su kao baterije koje se brzo pune.
Za ovu svrhu proizvedeni su posebni punjači. Kao što je već spomenuto, takvi punjači se ne mogu koristiti na drugim baterijama, jer će to uzrokovati njihovo pregrijavanje i velika oštećenjanjih.
Poseban punjač za ove baterije može ih napuniti za 12-15 minuta. Ferofosfatne baterije se mogu puniti i konvencionalnim punjačima. Postoje i kombinovane opcije punjača sa oba načina punjenja. Najbolja opcija bi, naravno, bila korištenje pametnih punjača s mnogo opcija za kontrolu procesa punjenja.
Uređaj s litijum-gvozdeno-fosfatnom baterijom
Litijum-gvožđe-fosfatna LiFePO4 baterija nema posebne karakteristike u unutrašnjoj strukturi u poređenju sa svojim kolegama u hemijskoj tehnologiji. Samo jedan element je doživio promjenu - katoda od željeznog fosfata. Materijal anode je litijum (sve litijum-jonske baterije imaju litijumsku anodu).
Rad bilo koje baterije zasniva se na reverzibilnosti hemijske reakcije. Inače, procesi koji se odvijaju unutar baterije nazivaju se procesi oksidacije i redukcije. Svaka baterija se sastoji od elektroda - katode (minus) i anode (plus). Također, unutar svake baterije nalazi se separator - porozni materijal impregniran posebnom tekućinom - elektrolitom.
Kada se baterija isprazni, litijum joni se kreću kroz separator od katode do anode, dajući akumulirani naboj (oksidacija). Kada se baterija napuni, litijum joni se kreću u suprotnom smeru od anode ka katodi, akumulirajući naelektrisanje (oporavak).
Vrste litijum-gvozdeno-fosfatnih baterija
Sve vrste baterija ove hemije mogu se podijeliti u četiri kategorije:
- ZavršenoBaterija.
- Velike ćelije u obliku paralelepipeda.
- Male ćelije u obliku paralelepipeda (prizme - LiFePO4 baterije na 3,2 V).
- Male kovanice (pakovanja).
- Cilindrične baterije.
Lithium Iron Fosphate baterije i ćelije mogu imati različite nazivne napone od 12 do 60 volti. One nadmašuju tradicionalne olovne baterije na mnogo načina: vrijeme ciklusa je mnogo veće, težina je nekoliko puta manja, a pune se nekoliko puta brže.
Cilindrične baterije u ovoj hemiji se koriste i odvojeno i u lancu. Dimenzije ovih cilindričnih baterija su veoma različite: od 14.500 (prsta) do 32.650.
Litijum-gvožđe-fosfatne baterije
Ferofosfatne baterije za bicikle i električne bicikle zaslužuju posebnu pažnju. Izumom nove željezno-fosfatne katode, uz druge tipove baterija baziranih na ovoj hemiji, izašle su posebne baterije koje se zbog svojih poboljšanih karakteristika i manje težine mogu praktično koristiti čak i na običnim biciklima. Takvi akumulatori su odmah stekli popularnost među ljubiteljima nadogradnje svojih bicikala.
Lithium Iron Phosphate baterije su u stanju da obezbede nekoliko sati bezbrižne vožnje bicikla, što je dostojna konkurencija motorima sa unutrašnjim sagorevanjem, koji su takođe često bili instalirani na biciklima u prošlosti. Obično za podatkeza potrebe koriste se 48v LiFePO4 baterije, ali je moguća nabavka baterija od 25, 36 i 60 volti.
Primjena ferofosfatnih baterija
Uloga baterija u ovoj hemiji je jasna bez komentara. Prizme se koriste u različite svrhe - LiFePO4 3, 2 V baterije. Veće ćelije se koriste kao elementi tampon sistema za solarnu energiju i vjetroturbine. Ferofosfatne baterije se aktivno koriste u konstrukciji električnih vozila.
Male prazne baterije se koriste za telefone, laptope i tablet računare. Cilindrične baterije različitih oblika koriste se za airsoft puške, elektronske cigarete, radio-kontrolisane modele, itd.
