Войти
| Удельная энергия | 90–160 Втч / кг (320–580 Дж / г или кДж / кг) |
|---|---|
| Плотность энергии | 325 Вт · ч / л (1200 кДж / л) |
| Удельная мощность | около 200 Вт / кг |
| Энергия / цена потребителя | 3,0–24 Вт · ч / US $ |
| Срок службы | >10 лет |
| Срок службы | 2000-12000 циклов |
| Номинальное напряжение элемента | 3.2 V |
Литий-железо-фосфатная батарея (LiFePO. 4батарея ) или батарея LFP (литиевый феррофосфат), является разновидностью Ли тий-ионная батарея с использованием LiFePO. 4 в качестве материала катода (на батарее это положительная сторона) и графитового угольного электрода с металлической подложкой в качестве анод. Плотность энергии LiFePO. 4ниже, чем у оксида лития-кобальта (LiCoO. 2), а также имеет более низкое рабочее напряжение. Главный недостаток LiFePO. 4- низкая электропроводность. Следовательно, все рассматриваемые катоды LiFePO. 4фактически являются LiFePO. 4/ C. Из-за низкой стоимости, низкой токсичности, четко определенных характеристик, долгосрочной стабильности и т. Д. LiFePO. 4находит множество ролей в использовании транспортных средств, стационарных приложениях коммунальных масштабов и резервном питании.
LiFePO. 4- природный минерал семейства оливин (трифилит ). Арумугам Мантирам и Джон Б. Гуденаф впервые определили полианионный класс катодных материалов для литий-ионных батарей. LiFePO. 4был затем идентифицирован как катодный материал, принадлежащий к классу полианионов, для использования в батареях в 1996 году Padhi et al. Было продемонстрировано обратимое извлечение лития из LiFePO. 4и внедрение лития в FePO. 4. Благодаря низкой стоимости, нетоксичности, естественному содержанию железа, его превосходной термической стабильности, характеристикам безопасности, электрохимическим характеристикам и удельной емкости (170 мА · ч /g или 610 C /g ) он получил широкое признание на рынке.
Основным препятствием для коммерциализации было его изначально низкая электропроводность. Эта проблема была преодолена за счет уменьшения размера частиц, покрытия частиц LiFePO. 4проводящими материалами, такими как углеродные нанотрубки , или и тем, и другим. Этот подход был разработан Мишелем Арманом и его сотрудниками. Другой подход группы Тем не менее Мин Чан заключался в легировании LFP катионами таких материалов, как алюминий, ниобий и цирконий.
MIT представил новое покрытие, которое позволяет ионам более легко перемещаться внутри батареи. «Батарея кольцевой дороги» использует байпасную систему, которая позволяет ионам лития входить и покидать электроды со скоростью, достаточной для полной зарядки батареи менее чем за минуту. Ученые обнаружили, что, покрывая частицы фосфата лития-железа стекловидным материалом, называемым литий пирофосфат, ионы обходят каналы и движутся быстрее, чем в других батареях. Перезаряжаемые батареи накапливают и разряжают энергию, когда заряженные атомы (ионы) перемещаются между двумя электродами, анодом и катодом. Их скорость заряда и разряда ограничена скоростью, с которой движутся эти ионы. Такая технология может снизить вес и размер батарей. Был разработан небольшой прототип аккумуляторного элемента, который может полностью заряжаться за 10-20 секунд по сравнению с шестью минутами для стандартных аккумуляторных элементов.
Отрицательные электроды (анод, при разряде), сделанные из нефтяного кокса, использовались на ранних этапах производства лития. -ионовые батареи; в более поздних типах использовался природный или синтетический графит.
В LiFePO. 4аккумулятор используется литий-ионный химический состав и имеет много преимуществ и недостатков с другими химическими литий-ионными аккумуляторами. Однако есть существенные отличия.
LFP не содержат ни никеля, ни кобальта, оба из которых ограничены в поставках и дороги.
Химия LFP обеспечивает более длительный срок службы, чем другие литий-ионные подходы.
Как и аккумуляторные батареи на основе никеля (и в отличие от других литий-ионных батарей), LiFePO. 4батареи имеют очень постоянный напряжение разряда. Во время разряда напряжение остается близким к 3,2 В, пока элемент не разрядится. Это позволяет элементу обеспечивать практически полную мощность до тех пор, пока он не разрядится, и может значительно упростить или даже исключить необходимость в схемах регулирования напряжения.
Благодаря номинальному выходному напряжению 3,2 В четыре элемента могут быть подключены последовательно для номинального напряжения 12,8 В. Это близко к номинальному напряжению шестиэлементных свинцово-кислотных аккумуляторов. Наряду с хорошими характеристиками безопасности LFP-аккумуляторов, это делает LFP хорошей потенциальной заменой свинцово-кислотным аккумуляторам в таких приложениях, как автомобильные и солнечные, при условии, что системы зарядки адаптированы так, чтобы не повредить элементы LFP из-за чрезмерного напряжения зарядки (выше 3,6 вольт постоянного тока на элемент во время зарядки), температурная компенсация напряжения, попытки выравнивания или непрерывная подзарядка. Ячейки LFP должны быть, по крайней мере, изначально сбалансированы перед сборкой блока, а также необходимо внедрить систему защиты, чтобы гарантировать, что ни один элемент не может быть разряжен ниже напряжения 2,5 В, иначе в большинстве случаев произойдет серьезное повреждение.
Использование фосфатов позволяет избежать проблем, связанных с затратами кобальта и окружающей среды, в частности опасений по поводу попадания кобальта в окружающую среду из-за неправильной утилизации.
LiFePO. 4имеет более высокие значения тока или пиковой мощности, чем LiCoO. 2.
Плотность энергии (энергия / объем) новой батареи LFP примерно на 14% ниже, чем у новой батареи LiCoO. 2. Кроме того, многие марки LFP, а также элементы данной марки батарей LFP имеют более низкую скорость разряда, чем свинцово-кислотные или LiCoO. 2. Поскольку скорость разряда - это процент от емкости батареи, более высокая скорость может быть достигнута при использовании батареи большей емкости (больше ампер-часов ), если необходимо использовать слаботочные батареи. Еще лучше, можно использовать сильноточную батарею LFP (которая будет иметь более высокую скорость разряда, чем свинцово-кислотная батарея или батарея LiCoO. 2той же емкости).
LiFePO. 4элементы теряют емкость медленнее (или более длительный срок службы), чем литий-ионные аккумуляторы, такие как LiCoO. 2кобальт или LiMn. 2O. 4марганцевая шпинель литий- ионно-полимерные батареи (LiPo батареи) или литий-ионные батареи. Спустя год на полке аккумулятор LiFePO. 4обычно имеет примерно такую же плотность энергии, как и литий-ионный аккумулятор LiCoO. 2, из-за более медленного снижения плотности энергии LFP.
Одним из важных преимуществ по сравнению с другими химическими составами литий-ионных аккумуляторов является термическая и химическая стабильность, повышающая безопасность аккумуляторов. LiFePO. 4является по своей природе более безопасным катодным материалом, чем LiCoO. 2и марганцевая шпинель, за счет отсутствия кобальта с его отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, который может способствовать тепловой разгон. Связь P –O в ионе (PO. 4). сильнее, чем связь Co –O в ионе (CoO. 2).), поэтому при неправильном использовании (короткое замыкание, перегрев и т. Д.) Кислород атомы высвобождаются медленнее. Эта стабилизация окислительно-восстановительной энергии также способствует более быстрой миграции ионов.
По мере того, как литий мигрирует из катода в ячейке LiCoO. 2, CoO. 2подвергается нелинейному расширению, которое влияет на структурную целостность клетки. Полностью литированное и нелитированное состояния LiFePO. 4структурно схожи, что означает, что клетки LiFePO. 4более структурно стабильны, чем клетки LiCoO. 2.
Литий не остается. в катоде полностью заряженного элемента LiFePO. 4. (В элементе LiCoO. 2остается примерно 50%.) LiFePO. 4обладает высокой эластичностью во время потери кислорода, что обычно приводит к экзотермической реакции в других литиевых элементах.. В результате элементы LiFePO. 4труднее воспламенить в случае неправильного обращения (особенно во время зарядки). Аккумулятор LiFePO. 4не разлагается при
Несколько литий-железо-фосфатных элементов подключены последовательно и параллельно для создания батареи емкостью 2800 Ач, 52 В. Общая емкость аккумулятора составляет 145,6 кВтч. Обратите внимание на большую сплошную луженую медную шину, соединяющую ячейки вместе. Эта шина рассчитана на 700 А постоянного тока, чтобы выдерживать высокие токи, генерируемые в системе постоянного тока 48 В. 
Литий-железо-фосфатные элементы LiFePO4, каждый по 700 Ач, 3,25 Вольт. Две ячейки подключены параллельно, чтобы создать одну ячейку 3,25 В, 1400 Ач и емкостью 4,55 кВтч. Более высокая скорость разряда, необходимая для ускорения, меньший вес и более длительный срок службы делают этот тип батареи идеальным для вилочных погрузчиков, велосипедов и электромобилей. Аккумуляторы 12V LiFePO 4 также набирают популярность в качестве второго (домашнего) аккумулятора для каравана, дома на колесах или лодки.
Одиночные "14500" (батарея размера AA ) LFP-элементы теперь используются в некоторых солнечных ландшафтных светильниках вместо 1,2 В NiCd / NiMH.
Рабочее напряжение LFP (3,2 В) позволяет одной ячейке управлять светодиодом без схемы для повышения напряжения. Его повышенная устойчивость к умеренному перезаряду (по сравнению с другими типами литиевых элементов) означает, что LiFePO. 4можно подключать к фотоэлектрическим элементам без схем, чтобы остановить цикл перезарядки. Возможность управлять светодиодом от одного элемента LFP также устраняет проблемы с держателями батарей и, следовательно, проблемы с коррозией, конденсацией и грязью, связанные с продуктами, использующими несколько сменных аккумуляторных батарей.
К 2013 году улучшится пассивная инфракрасная безопасность, заряжаемая солнечными батареями. появились лампы. Поскольку емкость LFP-ячеек типоразмера AA составляет всего 600 мАч (в то время как яркий светодиод лампы может потреблять 60 мА), блоки светят не более 10 часов. Однако, если срабатывание происходит только время от времени, такие устройства могут быть удовлетворительными даже при зарядке при слабом солнечном свете, поскольку электроника лампы обеспечивает ток "холостого" после наступления темноты менее 1 мА.
Многие Домашние преобразования электромобилей используют версии большого формата в качестве тягового пакета автомобиля. Благодаря выгодному соотношению мощности к весу, высоким характеристикам безопасности и устойчивости химикатов к тепловому выходу из строя, существует несколько барьеров для использования любителями дома. Автодома часто переоборудуют на фосфат лития-железа из-за высокой потребляемой мощности.
В некоторых электронных сигаретах используются батареи этого типа. Другие области применения включают фонари, радиоуправляемые модели, переносное моторное оборудование, любительское радиооборудование, промышленные сенсорные системы и аварийное освещение.
