Новини високих технологій
» » LifePO4-акумулятори: характеристики, особливості, види

LifePO4-акумулятори: характеристики, особливості, види

20-09-2017, 16:01
2 608
На сьогоднішній день існує велика кількість акумуляторів з різними типами хімії. Найбільш популярними акумуляторами сьогодні є літій-іонні. До цієї ж групи належать і літій-залізо-фосфатні (ферофосфатні) акумулятори. Якщо всі елементи живлення, що відносяться до даної категорії, загалом і в цілому схожі один на одного за технічними характеристиками, то літій-залізо-фосфатні акумулятори мають свої унікальні особливості, що вирізняють їх серед інших акумуляторів, зроблених за літій-іонної технології.


Історія відкриття літій-залізо-фосфатного акумулятора

Винахідником акумулятора LiFePO4 є Джон Гуденаф, який працював у 1996 році у Техаському університеті над створенням нового матеріалу для катода під літій-іонні акумулятори. Професор вдалося створити матеріал, що володіє більшою дешевизною, має меншу токсичність і високу термостійкість. Серед недоліків елемента живлення, в якому використовувався новий катод, була менша ємність.
Винаходом Джона Гуденафа ніхто не цікавився, але в 2003 році компанія A 123 Systems вирішила розвинути дану технологію, вважаючи її досить перспективною. Інвесторами даної технології стали багато великі корпорації - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.

Характеристика LiFePO4 акумулятори

Напруга феррофосфатного акумулятора таке ж, як і у інших елементів живлення, що належать до літій-іонної технології. Номінальна напруга залежить від габаритів акумулятора типорозміру, форм-фактора). Для елементів живлення 18650 це 37 вольт, для 10440 (мізинчикові) – 32 для 24330 – 36.


Практично у всіх акумуляторів напруга в процесі розрядки поступово падає. Однією з унікальних особливостей є стабільність напруги при роботі у LiFePO4-акумуляторів. Характеристики напруги аналогічні цим мають акумулятори, зроблені з нікелевої технології (нікель-кадмієві, нікель-метал-гидридні).
В залежності від розміру літій-залізо-фосфатний акумулятор здатний видавати від 30 до 32 вольт аж до повного розряду. Це властивість дає більше переваг для даних акумуляторів при використанні їх у ланцюгах, так як практично зводить нанівець необхідність регулювання напруги. Напруга при повному розряді одно 20 вольтів, що є найнижчою зареєстрованої кордоном на розряд серед всіх акумуляторів на літієвої технології. Дані акумулятори є лідерами і в терміні служби, який прирівнюється до 2000 циклів заряд і розряд. Зважаючи безпеки своєї хімічної структури LiFePO4-акумулятори є можливість зарядити за допомогою спеціального прискореного методу дельта V, коли на акумулятор подається великий струм. Багато елементи живлення не витримують зарядку по такому методу, що приводить до їх надмірного нагрівання та псуванню. У випадку з літій-залізо-фосфатними акумуляторами використовувати такий метод не просто можна, а навіть рекомендується. Тому спеціально для зарядки елементів живлення існують і особливі зарядні пристрої. Зрозуміло, такі зарядні пристрої можна використовувати на батарейках з іншою хімією. Залежно від форм-фактора, літій-залізо-фосфатні акумулятори на таких зарядних пристроях можуть зарядитися повністю за 15-30 хвилин.
Останні розробки в області LiFePO4-акумуляторів пропонують користувачеві елементи живлення з поліпшеним діапазоном робочих температур. Якщо стандартним діапазоном для літій-іонних акумуляторів є робота від -20 до +20 градусів Цельсія, то літій-залізо-фосфатні акумулятори можуть відмінно працювати у діапазоні від -30 до +55. Заряджання або розряджання елемента живлення при температурах вище або нижче описаних буде сильно псувати батарейку.
Літій-залізо-фосфатні акумулятори схильні до ефекту старіння значно меншою мірою порівняно з іншими літій-іонними акумуляторами. Старіння - це природна втрата ємності з часом, яка не залежить від того, використовується елемент живлення або лежить на поличці. Для порівняння: всі літій-іонні акумулятори втрачають близько 10 % ємності кожен рік. Літій-залізо-фосфатні ж втрачають всього 15 %. З мінусів даних акумуляторів варто виділити меншу ємність, що на 14 % менше (або близько того), ніж у інших літій-іонних елементів живлення.

Безпека феррофосфатных акумуляторів

Даний вид елементів живлення вважається одним з найбезпечніших серед усіх існуючих видів акумуляторів. Літій-фосфатні LiFePO4 акумулятори мають дуже стабільну хімію, і здатні добре витримувати великі навантаження при розряді (в роботі з низьким опором) та заряді (при зарядці акумулятора великими струмами). За рахунок того, що фосфати хімічно безпечні, дані батарейки легше утилізувати, після того як вони відпрацюють свій ресурс. Багато акумулятори на небезпечної хімії (наприклад, літій-кобальтові) доводиться піддавати додатковим процесів утилізації, для того щоб звести їх нанівець небезпеку для навколишнього середовища.

Зарядка літій-залізо-фосфатних акумуляторів

Однією з причин комерційного інтересу інвесторів до феррофосфатной хімії стала можливість швидкої зарядки, яка випливає з її стабільності. Відразу після організації конвеєрного виробництва LiFePO4-акумуляторів вони позиціонувалися як елементи живлення, які можна швидко зарядити.
Для цієї мети стали випускатися спеціальні зарядні пристрої. Як вже було написано вище, такі зарядні пристрої можна використовувати на інших акумулятор, так як це викличе їх перегрів і буде сильно псувати їх. Спеціальний зарядний пристрій для акумуляторів здатний зарядити їх за 12-15 хвилин. Ферофосфатні батареї можна заряджати та звичайними зарядниками. Існують також комбіновані варіанти зарядних пристроїв з обома режимами зарядки. Найкращим варіантом, звичайно, буде використання розумних зарядних пристроїв з безліччю опцій, що регулюють процес зарядки.

Пристрій літій-залізо-фосфатного акумулятора

Ніяких особливостей у внутрішньому устрої літій-залізо-фосфатний LiFePO4 акумулятор у порівнянні зі своїми побратимами по хімічній технології не має. Зміни піддався тільки один елемент – катод, зроблений із фосфату заліза. Матеріалом анода є літій (всі елементи живлення літій-іонної технології мають літієвий анод). Робота будь-якого акумулятора заснована на оборотності хімічної реакції. Інакше процеси, що відбуваються всередині акумулятора, називаються процесами окислення і відновлення. Будь акумулятор складається з електродів – катода (мінус) і анода (плюс). Також всередині будь-якого акумулятора є сепаратор – пористий матеріал, просочений спеціальною рідиною – електролітом. При розрядці акумулятора іони літію рухаються через сепаратор від катода до анода, віддаючи накопичений заряд (окислення). При зарядці акумулятора іони літію рухаються у зворотному напрямку від анода до катода, накопичуючи заряд (відновлення).

Види літій-залізо-фосфатних акумуляторів

Всі види акумуляторів на даній хімії можна умовно розділити на чотири категорії: Повноцінні АКБ. Великі комірки у вигляді паралелепіпедів. Невеликі осередки у вигляді паралелепіпедів (призматики - LiFePO4 акумулятори на 32 V). Невеликі плоскі акумулятори (пакети). Циліндричні акумулятори. Літій-залізо-фосфатні АКБ і осередки можуть мати різну номінальну напругу від 12 до 60 вольт. Вони багато в чому випереджають традиційні свинцево-кислотні АКБ: цикл роботи набагато вище, вагу в кілька разів нижче, заряджаються в кілька разів швидше.
Циліндричні акумулятори на даній хімії використовуються як окремо, так і в ланцюзі. Габарити даних циліндричних акумуляторів бувають самими різними: від 14500 (пальчикові) до 32650.

Літій-залізо-фосфатні АКБ

Окремої уваги варті ферофосфатні АКБ для велосипедів і электроциклов. З винаходом нового залізо-фосфатного катода поряд з іншими видами акумуляторів на даній хімії вийшли і спеціальні АКБ, які через їх поліпшених характеристик і меншої ваги можна зручно використовувати навіть на звичайних велосипедах. Подібні АКБ відразу здобули популярність серед любителів модернізації своїх велосипедів.
Літій-залізо-фосфатні АКБ здатні надати кілька годин безтурботної їзди на велосипеді, ніж складають гідну конкуренцію двигунів внутрішнього згоряння, які раніше теж часто встановлювалися на велосипеди. Зазвичай для цих цілей використовуються LiFePO4 акумулятори на 48v, але є можливість придбати АКБ на 2536 і 60 вольт.

Застосування феррофосфатных акумуляторів

Роль АКБ на даній хімії зрозуміла і без коментарів. Під різні цілі використовуються призматики – LiFePO4 акумулятори 32 v. Клітинки більшого розміру використовуються в якості елементів буферних систем для сонячної енергетики і вітрогенераторів. Ферофосфатні акумулятори активно використовуються в конструкції електромобілів. Невеликі плоскі акумулятори застосовуються для телефонів, ноутбуків і планшетних ПК. Циліндричні елементи живлення різних форм-факторів застосовуються для страйкбольної зброї, електронних сигарет, радіокерованих моделей та ін.
Цікаво по темі
Акумулятори 18650 - які краще? Опис та відгуки
Акумулятори 18650 - які краще? Опис та відгуки
Акумулятори розміру 18650 завойовують все більшу популярність. Вони широко використовуються в конструкції рушіїв електромобілів, в
Акумулятор літій-іонний: як заряджати перший раз. Літій-іонний акумулятор: як правильно заряджати, види та рекомендації
Акумулятор літій-іонний: як заряджати перший раз. Літій-іонний акумулятор: як правильно заряджати, види та рекомендації
Дуже багато сучасних пристроїв працюють від АКБ, які можна неодноразово заряджати. Щоб продовжити життя елементу живлення, кожна людина повинна
LiPo акумулятори: опис, характеристики, відгуки
LiPo акумулятори: опис, характеристики, відгуки
Стаття присвячена LiPo-акумуляторів. Розглянуті характеристики елементів, відгуки користувачів, а також особливості.
Автомобільні акумулятори Rocket: опис
Автомобільні акумулятори Rocket: опис
Корейські акумуляторні батареї вже давно і успішно використовуються в Росії. Вони зарекомендували себе ...
Літій-полімерний акумулятор: відміну від іонного, термін служби, пристрій. Li-pol або Li-ion: який краще
Літій-полімерний акумулятор: відміну від іонного, термін служби, пристрій. Li-pol або Li-ion: який краще
Стаття присвячена літій-полімерних акумуляторів. Розглянуто особливості батарей типу Li-pol, їх відмінності від Li-ion, нюанси експлуатації і т. д.
Зарядний пристрій Opus BT-C3100: огляд, інструкція, відгуки
Зарядний пристрій Opus BT-C3100: огляд, інструкція, відгуки
Джерела автономного енергопостачання по мірі розвитку мобільного та портативної техніки стають все ...