Avui, hi ha un gran nombre de bateries amb diferents tipus de química. Les bateries més populars avui en dia són les d'ió de liti. Aquest grup també inclou les bateries de liti-ferro-fosfat (ferrofosfat). Tot i que totes les bateries d'aquesta categoria són molt similars en les especificacions tècniques, les bateries de fosfat de ferro de liti tenen les seves pròpies característiques úniques que les distingeixen d' altres bateries fabricades amb tecnologia d'ions de liti.
La història del descobriment de la bateria de liti i fosfat de ferro
L'inventor de la bateria LiFePO4 és John Goodenough, que va treballar l'any 1996 a la Universitat de Texas en un nou material de càtode per a bateries d'ions de liti. El professor va aconseguir crear un material més barat, amb menys toxicitat i una gran estabilitat tèrmica. Entre els inconvenients de la bateria, que utilitzava el nou càtode, hi havia una capacitat més baixa.
Ningú estava interessat en l'invent de John Goodenough, però l'any 2003 A 123 Systems va decidir desenvolupar aquesta tecnologia, considerant-la força prometedora. Moltes grans corporacions s'han convertit en inversors en aquesta tecnologia: Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
Característiques de les bateries LiFePO4
La tensió de la bateria de ferrofosfat és la mateixa que la d' altres bateries de tecnologia d'ions de liti. La tensió nominal depèn de les dimensions de la bateria (mida, factor de forma). Per a bateries 18 650 això és 3,7 volts, per a 10 440 (dits petits) - 3,2, per 24 330 - 3,6.
Per a gairebé totes les bateries, la tensió baixa gradualment durant la descàrrega. Una de les característiques úniques és l'estabilitat de tensió quan es treballa amb bateries LiFePO4. Les bateries fabricades amb tecnologia de níquel (níquel-cadmi, níquel-hidrur metàl·lic) tenen característiques de tensió semblants a aquestes.
Depenent de la mida, una bateria de fosfat de ferro de liti pot oferir entre 3,0 i 3,2 volts fins que es descarregui completament. Aquesta propietat dóna més avantatges a aquestes bateries quan s'utilitzen en circuits, ja que pràcticament elimina la necessitat de regulació de voltatge.
La tensió de descàrrega total és de 2,0 volts, el límit de descàrrega més baix registrat de qualsevol bateria de tecnologia de liti. Aquestes bateries són lídersvida útil, que equival a 2000 cicles de càrrega i descàrrega. A causa de la seguretat de la seva estructura química, les bateries LiFePO4 es poden carregar mitjançant un mètode especial accelerat delta V quan s'aplica un gran corrent a la bateria.
Moltes bateries no suporten aquest mètode de càrrega, la qual cosa fa que es sobreescalfi i es deteriori. En el cas de les bateries de liti-ferro-fosfat, utilitzar aquest mètode no només és possible, sinó que fins i tot es recomana. Per tant, hi ha carregadors especials específics per carregar aquestes bateries. Per descomptat, aquests carregadors no es poden utilitzar amb bateries amb altres productes químics. Depenent del factor de forma, les bateries de fosfat de ferro de liti d'aquests carregadors es poden carregar completament en 15-30 minuts.
Els recents desenvolupaments en el camp de les bateries LiFePO4 ofereixen a l'usuari bateries amb un rang de temperatura de funcionament millorat. Si el rang de funcionament estàndard de les bateries d'ions de liti és de -20 a +20 graus centígrads, les bateries de fosfat de ferro de liti poden funcionar perfectament en el rang de -30 a +55. Carregar o descarregar una bateria a temperatures superiors o inferiors a les descrites la danyarà greument.
Les bateries de fosfat de ferro de liti es veuen molt menys afectades per l'efecte d'envelliment que altres bateries d'ions de liti. L'envelliment és la pèrdua natural de capacitat al llarg del temps, que és independent de si s'utilitza una bateria oestà a la prestatgeria. En comparació, totes les bateries d'ions de liti perden aproximadament un 10% de capacitat cada any. El fosfat de ferro de liti només perd un 1,5%.
L'inconvenient d'aquestes bateries és la menor capacitat, que és un 14% menys (aproximadament) que altres bateries d'ió de liti.
Seguretat de la bateria de ferrofosfat
Aquest tipus de bateries es considera un dels més segurs entre tots els tipus de bateries existents. Les bateries de fosfat de liti LiFePO4 tenen una química molt estable i són capaços de suportar bé càrregues pesades en descàrrega (en funcionament de baixa resistència) i càrrega (en carregar la bateria amb corrents elevats).
A causa del fet que els fosfats són químicament segurs, aquestes bateries són més fàcils d'eliminar després d'haver treballat el seu recurs. Moltes bateries amb productes químics perillosos (com ara el liti-cob alt) s'han de sotmetre a processos de reciclatge addicionals per tal d'eliminar el seu perill mediambiental.
Càrrega de bateries de fosfat de ferro de liti
Un dels motius de l'interès comercial dels inversors en la química dels ferrofosfats va ser la capacitat de carregar ràpidament, fruit de la seva estabilitat. Immediatament després de l'organització de l'alliberament de la cinta transportadora de bateries LiFePO4, es van posicionar com a bateries que es poden carregar ràpidament.
S'han produït carregadors especials per a aquest propòsit. Com ja s'ha esmentat anteriorment, aquests carregadors no es poden utilitzar amb altres bateries, ja que això farà que es sobreescalfi i farà malbé molt.ells.
Un carregador especial per a aquestes bateries les pot carregar en 12-15 minuts. Les bateries de ferrofosfat també es poden carregar amb carregadors convencionals. També hi ha opcions de carregador combinades amb els dos modes de càrrega. La millor opció, per descomptat, seria utilitzar carregadors intel·ligents amb moltes opcions per controlar el procés de càrrega.
Dispositiu de bateria de fosfat de ferro de liti
La bateria LiFePO4 de liti-ferro-fosfat no té característiques especials en l'estructura interna en comparació amb les seves contraparts en tecnologia química. Només un element ha sofert un canvi: un càtode fet de fosfat de ferro. El material de l'ànode és de liti (totes les bateries d'ions de liti tenen un ànode de liti).
El funcionament de qualsevol bateria es basa en la reversibilitat d'una reacció química. En cas contrari, els processos que tenen lloc a l'interior de la bateria s'anomenen processos d'oxidació i reducció. Qualsevol bateria consta d'elèctrodes: un càtode (menys) i un ànode (més). A més, dins de qualsevol bateria hi ha un separador, un material porós impregnat d'un líquid especial, un electròlit.
Quan la bateria es descarrega, els ions de liti es mouen a través del separador des del càtode fins a l'ànode, emanant la càrrega acumulada (oxidació). Quan es carrega una bateria, els ions de liti es mouen en sentit contrari des de l'ànode al càtode, acumulant càrrega (recuperació).
Tipus de bateries de fosfat de ferro de liti
Tots els tipus de bateries d'aquesta química es poden dividir en quatre categories:
- CompletBateria.
- Cèl·lules grans en forma de paral·lelepípedes.
- Cèl·lules petites en forma de paral·lelepípedes (prismes - bateries LiFePO4 a 3,2 V).
- Cèl·lules monedes petites (paquets).
- Piles cilíndriques.
Les bateries i cèl·lules de fosfat de ferro de liti poden tenir diferents voltatges nominals de 12 a 60 volts. Superen les bateries de plom-àcid tradicionals de moltes maneres: el temps de cicle és molt més gran, el pes és diverses vegades més baix i es recarreguen diverses vegades més ràpid.
Les bateries cilíndriques d'aquesta química s'utilitzen tant per separat com en cadena. Les dimensions d'aquestes piles cilíndriques són molt diferents: des de 14.500 (tipus de dit) fins a 32.650.
Bateries de fosfat de ferro de liti
Les bateries de ferrofosfat per a bicicletes i cicles elèctrics mereixen una atenció especial. Amb la invenció d'un nou càtode de ferro-fosfat, juntament amb altres tipus de bateries basades en aquesta química, van sortir bateries especials que, a causa de les seves característiques millorades i més lleugeresa, es poden utilitzar còmodament fins i tot en bicicletes normals. Aquestes bateries van guanyar immediatament popularitat entre els aficionats a actualitzar les seves bicicletes.
Les bateries de fosfat de ferro de liti són capaços de proporcionar diverses hores de bicicleta sense preocupacions, la qual cosa és una digna competència per als motors de combustió interna, que també s'instal·laven sovint a les bicicletes en el passat. Normalment per a dadesamb finalitats, s'utilitzen bateries LiFePO4 de 48v, però és possible comprar bateries de 25, 36 i 60 volts.
Aplicació de bateries de ferrofosfat
El paper de les piles en aquesta química queda clar sense comentaris. Els prismes s'utilitzen per a diferents finalitats: bateries LiFePO4 3, 2 v. Les cèl·lules més grans s'utilitzen com a elements de sistemes amortidors per a l'energia solar i les turbines eòliques. Les bateries de ferrofosfat s'utilitzen activament en la construcció de vehicles elèctrics.
S'utilitzen piles petites i baixes per a telèfons, ordinadors portàtils i tauletes. S'utilitzen bateries cilíndriques de diferents factors de forma per a pistoles airsoft, cigarrets electrònics, models radiocontrolats, etc.
