Šodien ir pieejams liels skaits akumulatoru ar dažāda veida ķīmiju. Mūsdienās populārākās ir litija jonu baterijas. Šajā grupā ietilpst arī litija-dzelzs fosfāta (ferofosfāta) baterijas. Lai gan visas šīs kategorijas akumulatoru tehniskās specifikācijas ir gandrīz līdzīgas, litija dzelzs fosfāta akumulatoriem ir savas unikālās īpašības, kas tās atšķir no citiem akumulatoriem, kas izgatavoti, izmantojot litija jonu tehnoloģiju.
Stāsts par litija dzelzs fosfāta akumulatora atklāšanu
LiFePO4 akumulatora izgudrotājs ir Džons Gudena, kurš 1996. gadā Teksasas Universitātē strādāja pie jauna katoda materiāla litija jonu akumulatoriem. Profesoram izdevās izveidot materiālu, kas ir lētāks, ar mazāku toksicitāti un augstu termisko stabilitāti. Viens no trūkumiem akumulatoram, kuram tika izmantots jaunais katods, bija mazāka ietilpība.
Nevienu neinteresēja Džona Gudena izgudrojums, taču 2003. gadā A 123 Systems nolēma izstrādāt šo tehnoloģiju, uzskatot to par diezgan daudzsološu. Daudzas lielas korporācijas ir kļuvušas par investoriem šajā tehnoloģijā - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
LiFePO4 akumulatoru raksturojums
Ferofosfāta akumulatora spriegums ir tāds pats kā citiem litija jonu tehnoloģijas akumulatoriem. Nominālais spriegums ir atkarīgs no akumulatora izmēriem (izmēra, formas faktora). Baterijām 18 650 tas ir 3,7 volti, 10 440 (mazajiem pirkstiņiem) - 3,2, 24 330 - 3,6.
Gandrīz visiem akumulatoriem izlādes laikā spriegums pakāpeniski samazinās. Viena no unikālajām īpašībām ir sprieguma stabilitāte, strādājot ar LiFePO4 akumulatoriem. Baterijām, kas izgatavotas, izmantojot niķeļa tehnoloģiju (niķeļa-kadmija, niķeļa-metāla hidrīda), ir līdzīgi sprieguma raksturlielumi.
Atkarībā no izmēra litija dzelzs fosfāta akumulators var nodrošināt no 3,0 līdz 3,2 voltiem līdz pilnīgai izlādei. Šī īpašība dod lielākas priekšrocības šīm baterijām, ja tās tiek izmantotas ķēdēs, jo tas praktiski novērš sprieguma regulēšanas nepieciešamību.
Pilnas izlādes spriegums ir 2,0 volti, kas ir zemākā reģistrētā litija tehnoloģijas akumulatora izlādes robeža. Šīs baterijas ir līderikalpošanas laiks, kas atbilst 2000 uzlādes un izlādes cikliem. To ķīmiskās struktūras drošības dēļ LiFePO4 akumulatorus var uzlādēt, izmantojot īpašu paātrinātu delta V metodi, kad akumulatoram tiek pievadīta liela strāva.
Daudzas baterijas nevar izturēt šo uzlādes metodi, izraisot to pārkaršanu un bojāšanos. Litija-dzelzs-fosfāta akumulatoru gadījumā šīs metodes izmantošana ir ne tikai iespējama, bet pat ieteicama. Tāpēc ir īpaši lādētāji, kas īpaši paredzēti šādu akumulatoru uzlādēšanai. Protams, šādus lādētājus nevar izmantot akumulatoriem ar citu ķīmiju. Atkarībā no formas faktora litija dzelzs fosfāta akumulatorus ar šiem lādētājiem var pilnībā uzlādēt 15–30 minūtēs.
Pēdējie sasniegumi LiFePO4 akumulatoru jomā piedāvā lietotājam akumulatorus ar uzlabotu darba temperatūras diapazonu. Ja litija jonu akumulatoru standarta darbības diapazons ir -20 līdz +20 grādi pēc Celsija, tad litija dzelzs fosfāta akumulatori var lieliski darboties diapazonā no -30 līdz +55. Akumulatora uzlāde vai izlāde temperatūrā, kas pārsniedz vai zemāka par aprakstīto, var nopietni sabojāt akumulatoru.
Litija dzelzs fosfāta akumulatorus novecošanās ietekmē daudz mazāk nekā citus litija jonu akumulatorus. Novecošanās ir dabisks jaudas zudums laika gaitā, kas nav atkarīgs no tā, vai akumulators tiek izmantots vaiatrodas plauktā. Salīdzinājumam, visas litija jonu baterijas katru gadu zaudē apmēram 10% jaudas. Litija dzelzs fosfāts zaudē tikai 1,5%.
Šo akumulatoru negatīvie aspekti ir mazāka ietilpība, kas ir par 14% mazāka nekā citiem litija jonu akumulatoriem.
Ferofosfāta akumulatora drošība
Šis akumulatoru veids tiek uzskatīts par vienu no drošākajiem starp visiem esošajiem bateriju veidiem. LiFePO4 Litija fosfāta akumulatoriem ir ļoti stabila ķīmija, un tie labi iztur lielas slodzes izlādes (darbībā ar zemu pretestību) un uzlādi (uzlādējot akumulatoru ar lielu strāvu).
Tā kā fosfāti ir ķīmiski droši, no šīm baterijām ir vieglāk atbrīvoties, kad tās ir iztērējušas. Daudzām baterijām ar bīstamu ķīmisko sastāvu (piemēram, litija kob alta) ir jāveic papildu pārstrādes procesi, lai novērstu to apdraudējumu videi.
Litija dzelzs fosfāta akumulatoru uzlāde
Viens no iemesliem investoru komerciālajai interesei par ferofosfātu ķīmiju bija spēja ātri uzlādēt, ko noteica tā stabilitāte. Tūlīt pēc LiFePO4 akumulatoru konveijera izlaišanas organizēšanas tie tika novietoti kā ātri uzlādējami akumulatori.
Šim nolūkam ir ražoti īpaši lādētāji. Kā jau minēts iepriekš, šādus lādētājus nevar izmantot citiem akumulatoriem, jo tas izraisīs to pārkaršanu un lielus bojājumus.tiem.
Speciāls šo akumulatoru lādētājs var tos uzlādēt 12–15 minūtēs. Ferofosfāta akumulatorus var uzlādēt arī ar parastajiem lādētājiem. Ir arī kombinētas lādētāja iespējas ar abiem uzlādes režīmiem. Labākais risinājums, protams, būtu izmantot viedos lādētājus ar daudzām iespējām, lai kontrolētu uzlādes procesu.
Litija dzelzs fosfāta akumulatora ierīce
Litija-dzelzs-fosfāta LiFePO4 akumulatoram nav īpašu iezīmju iekšējā struktūrā, salīdzinot ar tā ekvivalentiem ķīmiskajā tehnoloģijā. Tikai viens elements ir mainījies - katods, kas izgatavots no dzelzs fosfāta. Anoda materiāls ir litijs (visām litija jonu baterijām ir litija anods).
Jebkura akumulatora darbības pamatā ir ķīmiskās reakcijas atgriezeniskums. Pretējā gadījumā akumulatorā notiekošos procesus sauc par oksidācijas un reducēšanas procesiem. Jebkurš akumulators sastāv no elektrodiem - katoda (mīnus) un anoda (plus). Tāpat jebkura akumulatora iekšpusē ir separators - porains materiāls, kas piesūcināts ar īpašu šķidrumu - elektrolītu.
Kad akumulators ir izlādējies, litija joni pārvietojas caur separatoru no katoda uz anodu, izdalot uzkrāto lādiņu (oksidāciju). Kad akumulators ir uzlādēts, litija joni pārvietojas pretējā virzienā no anoda uz katodu, uzkrājot lādiņu (atjaunošanos).
Litija dzelzs fosfāta akumulatoru veidi
Visu veidu baterijas šajā ķīmijā var iedalīt četrās kategorijās:
- PabeigtsAkumulators.
- Lielas šūnas paralēlskaldņu formā.
- Mazas šūnas paralēlskaldņu formā (prizmas - LiFePO4 akumulatori pie 3,2 V).
- Mazas monētu šūnas (pakas).
- Cilindriski akumulatori.
Litija dzelzs fosfāta akumulatoriem un elementiem var būt atšķirīgs nominālais spriegums no 12 līdz 60 voltiem. Tie daudzējādā ziņā pārspēj tradicionālos svina-skābes akumulatorus: cikla laiks ir daudz ilgāks, svars ir vairākas reizes mazāks, un tie tiek uzlādēti vairākas reizes ātrāk.
Cilindriskās baterijas šajā ķīmijā tiek izmantotas gan atsevišķi, gan ķēdē. Šo cilindrisko akumulatoru izmēri ir ļoti dažādi: no 14 500 (pirksta tipa) līdz 32 650.
Litija dzelzs fosfāta akumulatori
Ferofosfāta akumulatori velosipēdiem un elektriskajiem velosipēdiem ir pelnījuši īpašu uzmanību. Izgudrojot jaunu dzelzs-fosfāta katodu, kopā ar citiem uz šīs ķīmijas bāzes veidotiem akumulatoru veidiem iznāca īpaši akumulatori, kurus uzlaboto īpašību un vieglākā svara dēļ var ērti lietot pat uz parastajiem velosipēdiem. Šādas baterijas nekavējoties ieguva popularitāti starp velosipēdu modernizācijas cienītājiem.
Litija dzelzs fosfāta akumulatori spēj nodrošināt vairākas stundas bezrūpīgu braukšanu ar velosipēdu, kas ir cienīga konkurence iekšdedzes dzinējiem, kas arī agrāk bieži tika uzstādīti uz velosipēdiem. Parasti datiemvajadzībām tiek izmantoti 48v LiFePO4 akumulatori, bet ir iespēja iegādāties akumulatorus 25, 36 un 60 voltiem.
Ferofosfāta akumulatoru pielietošana
Bateriju loma šajā ķīmijā ir skaidra bez komentāriem. Prizmas tiek izmantotas dažādiem mērķiem - LiFePO4 3, 2 v akumulatori. Lielākas šūnas tiek izmantotas kā saules enerģijas un vēja turbīnu bufersistēmu elementi. Ferofosfāta akumulatori tiek aktīvi izmantoti elektrisko transportlīdzekļu būvē.
Mazi izlādējušies akumulatori tiek izmantoti tālruņos, klēpjdatoros un planšetdatoros. Cilindriskie dažādu formu akumulatori tiek izmantoti airsoft ieročiem, elektroniskajām cigaretēm, radio vadāmiem modeļiem utt.
