Oggi ci sono un gran numero di batterie con diversi tipi di chimica. Le batterie più popolari oggi sono agli ioni di litio. Questo gruppo comprende anche batterie al litio-ferro-fosfato (ferrofosfato). Sebbene tutte le batterie di questa categoria siano sostanzialmente simili nelle specifiche tecniche, le batterie al litio ferro fosfato hanno caratteristiche uniche che le distinguono dalle altre batterie realizzate utilizzando la tecnologia agli ioni di litio.
La storia della scoperta della batteria al litio ferro fosfato
L'inventore della batteria LiFePO4 è John Goodenough, che ha lavorato nel 1996 presso l'Università del Texas su un nuovo materiale catodico per batterie agli ioni di litio. Il professore è riuscito a creare un materiale più economico, meno tossico e con un'elevata stabilità termica. Tra i difetti della batteria, che utilizzava il nuovo catodo, c'era una capacità inferiore.
Nessuno era interessato all'invenzione di John Goodenough, ma nel 2003 A 123 Systems decise di sviluppare questa tecnologia, considerandola piuttosto promettente. Molte grandi aziende sono diventate investitori in questa tecnologia: Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
Caratteristiche delle batterie LiFePO4
La tensione della batteria al ferrofosfato è la stessa di quella delle altre batterie con tecnologia agli ioni di litio. La tensione nominale dipende dalle dimensioni della batteria (dimensioni, fattore di forma). Per le batterie 18 650 questo è 3,7 volt, per 10 440 (mignoli) - 3,2, per 24 330 - 3,6.
Per quasi tutte le batterie, la tensione diminuisce gradualmente durante la scarica. Una delle caratteristiche uniche è la stabilità della tensione quando si lavora con batterie LiFePO4. Le batterie realizzate con tecnologia al nichel (nichel-cadmio, nichel-metallo idruro) hanno caratteristiche di voltaggio simili a queste.
A seconda delle dimensioni, una batteria al litio ferro fosfato può erogare tra 3,0 e 3,2 volt fino a quando non è completamente scarica. Questa proprietà offre maggiori vantaggi a queste batterie quando vengono utilizzate nei circuiti, poiché praticamente elimina la necessità di regolazione della tensione.
La tensione di scarica completa è di 2,0 volt, il limite di scarica più basso registrato di qualsiasi batteria con tecnologia al litio. Queste batterie sono leaderdurata di servizio, che equivale a 2000 cicli di carica e scarica. Grazie alla sicurezza della loro struttura chimica, le batterie LiFePO4 possono essere caricate utilizzando uno speciale metodo delta V accelerato quando viene applicata una grande corrente alla batteria.
Molte batterie non resistono a questo metodo di ricarica, causandone il surriscaldamento e il deterioramento. Nel caso di batterie al litio-ferro-fosfato, l'utilizzo di questo metodo non solo è possibile, ma addirittura consigliato. Pertanto, ci sono caricatori speciali specifici per caricare tali batterie. Naturalmente, tali caricatori non possono essere utilizzati su batterie con altre sostanze chimiche. A seconda del fattore di forma, le batterie al litio ferro fosfato di questi caricabatterie possono essere ricaricate completamente in 15-30 minuti.
I recenti sviluppi nel campo delle batterie LiFePO4 offrono agli utenti batterie con un intervallo di temperatura di esercizio migliorato. Se l'intervallo operativo standard per le batterie agli ioni di litio è compreso tra -20 e +20 gradi Celsius, le batterie al litio ferro fosfato possono funzionare perfettamente nell'intervallo da -30 a +55. Caricare o scaricare una batteria a temperature superiori o inferiori a quelle descritte danneggerà gravemente la batteria.
Le batterie al litio ferro fosfato sono molto meno colpite dall'effetto dell'invecchiamento rispetto ad altre batterie agli ioni di litio. L'invecchiamento è la naturale perdita di capacità nel tempo, che è indipendente dall'utilizzo di una batteriaè sullo scaffale. In confronto, tutte le batterie agli ioni di litio perdono circa il 10% di capacità ogni anno. Il litio ferro fosfato perde solo l'1,5%.
Lo svantaggio di queste batterie è la capacità inferiore, che è il 14% in meno (o giù di lì) rispetto ad altre batterie agli ioni di litio.
Sicurezza batteria ferrofosfato
Questo tipo di batterie è considerato uno dei più sicuri tra tutti i tipi di batterie esistenti. Le batterie LiFePO4 al fosfato di litio hanno una chimica molto stabile e sono in grado di sopportare carichi pesanti sia in fase di scarica (in funzionamento a bassa resistenza) che in carica (durante la carica della batteria con correnti elevate).
A causa del fatto che i fosfati sono chimicamente sicuri, queste batterie sono più facili da sm altire dopo che hanno esaurito la loro risorsa. Molte batterie con sostanze chimiche pericolose (come il litio-cob alto) devono essere sottoposte a processi di riciclaggio aggiuntivi per eliminare il rischio ambientale.
Ricarica delle batterie al litio ferro fosfato
Uno dei motivi dell'interesse commerciale degli investitori nella chimica del ferrofosfato era la capacità di caricare rapidamente, risultante dalla sua stabilità. Immediatamente dopo l'organizzazione del rilascio del nastro trasportatore delle batterie LiFePO4, sono state posizionate come batterie che possono essere ricaricate rapidamente.
Caricatori speciali sono stati prodotti per questo scopo. Come già accennato in precedenza, tali caricabatterie non possono essere utilizzati su altre batterie, poiché ciò causerebbe il loro surriscaldamento e danneggerebbero gravementeloro.
Un caricatore speciale per queste batterie può caricarle in 12-15 minuti. Le batterie al ferrofosfato possono essere caricate anche con caricatori convenzionali. Ci sono anche opzioni di caricabatterie combinate con entrambe le modalità di ricarica. L'opzione migliore, ovviamente, sarebbe quella di utilizzare caricabatterie intelligenti con molte opzioni per controllare il processo di ricarica.
Dispositivo a batteria al litio ferro fosfato
La batteria al litio-ferro-fosfato LiFePO4 non ha particolari caratteristiche nella struttura interna rispetto alle sue controparti in tecnologia chimica. Solo un elemento ha subito un cambiamento: un catodo fatto di fosfato di ferro. Il materiale dell'anodo è al litio (tutte le batterie agli ioni di litio hanno un anodo al litio).
Il funzionamento di qualsiasi batteria si basa sulla reversibilità di una reazione chimica. In caso contrario, i processi che si verificano all'interno della batteria sono chiamati processi di ossidazione e riduzione. Qualsiasi batteria è composta da elettrodi: un catodo (meno) e un anodo (più). Inoltre, all'interno di ogni batteria è presente un separatore - un materiale poroso impregnato di un liquido speciale - un elettrolita.
Quando la batteria è scarica, gli ioni di litio si spostano attraverso il separatore dal catodo all'anodo, liberando la carica accumulata (ossidazione). Quando una batteria è carica, gli ioni di litio si muovono nella direzione opposta dall'anodo al catodo, accumulando carica (recupero).
Tipi di batterie al litio ferro fosfato
Tutti i tipi di batterie su questa chimica possono essere suddivisi in quattro categorie:
- CompletatoBatteria.
- Grandi cellule a forma di parallelepipedi.
- Piccole celle a forma di parallelepipedi (prismi - batterie LiFePO4 a 3,2 V).
- Piccole pile a bottone (pacchi).
- Batterie cilindriche.
Le batterie e le celle al litio ferro fosfato possono avere tensioni nominali diverse da 12 a 60 volt. Superano le prestazioni delle tradizionali batterie al piombo in molti modi: il tempo di ciclo è molto più elevato, il peso è molte volte inferiore e si ricaricano molte volte più velocemente.
Le batterie cilindriche in questa chimica vengono utilizzate sia separatamente che in catena. Le dimensioni di queste batterie cilindriche sono molto diverse: da 14.500 (tipo dito) a 32.650.
Batterie al litio ferro fosfato
Le batterie al ferrofosfato per biciclette e biciclette elettriche meritano un'attenzione particolare. Con l'invenzione di un nuovo catodo ferro-fosfato, insieme ad altri tipi di batterie basate su questa chimica, sono nate batterie speciali che, grazie alle loro caratteristiche migliorate e al peso ridotto, possono essere comodamente utilizzate anche sulle normali biciclette. Tali batterie hanno immediatamente guadagnato popolarità tra i fan dell'aggiornamento delle loro biciclette.
Le batterie al litio ferro fosfato sono in grado di fornire diverse ore di ciclismo spensierato, che è una degna competizione per i motori a combustione interna, che in passato venivano spesso installati anche sulle biciclette. Di solito per i dativengono utilizzate batterie LiFePO4 da 48v, ma è possibile acquistare batterie da 25, 36 e 60 volt.
Applicazione di batterie al ferrofosfato
Il ruolo delle batterie in questa chimica è chiaro senza commenti. I prismi vengono utilizzati per scopi diversi: batterie LiFePO4 3, 2 v. Celle più grandi sono utilizzate come elementi di sistemi tampone per l'energia solare e le turbine eoliche. Le batterie al ferrofosfato sono utilizzate attivamente nella costruzione di veicoli elettrici.
Le piccole batterie scariche vengono utilizzate per telefoni, laptop e tablet PC. Le batterie cilindriche di diversi fattori di forma vengono utilizzate per pistole softair, sigarette elettroniche, modelli radiocomandati, ecc.
