Lithium-železo fosfátová baterie

Lithium-železofosfátová baterie (LiFePO 4 , LFP) je typ elektrické baterie , což je typ lithium-iontové baterie , která používá LiFePO 4 jako katodu.

Charakteristika

• Měrná hustota energie: 90–160 W • h / kg (320–580 J / g )
• Objemová hustota energie: 220–350 W • h / dm 3 (790 kJ / dm 3 )
• Objemová hmotnost konstrukce: 2 kg / dm 3
• Počet cyklů nabíjení-vybíjení do ztráty 20 % kapacity: 2000-7000 [1] (zdroj silně závisí na nabíjecím a vybíjecím proudu, takže při proudu 0,25C je zdroj ve 100% hloubce vybití přesahuje 6000 cyklů, při proudu 1C klesne na 3000. Zdroj závisí také na hloubce vybití: pokud při proudu 1C a 100% hloubce vybití je zdroj 3000 cyklů, pak při 80% je 4500 a při 60 % je to již 10000 cyklů [2] ).
• Skladovatelnost: až 15 let [1]
• Samovybíjení při pokojové teplotě: 3-5% za měsíc
• Napětí
  • maximum na článek: 3,65 V ( plně nabité)
  • střední bod: 3,3V
  • minimálně: 2V (plně vybité)
  • pracovní: 3,0-3,3 V
  • minimální provozní napětí (vybíjení): 2,5V
• Specifický výkon : >6,6W / g ( při vybíjecím proudu 60C)
• rozsah provozních teplot: -30°C až +55°C

Historie

LiFePO 4 byl poprvé objeven v roce 1996 profesorem Johnem Goodenoughem z Texaské univerzity jako katoda pro lithium-iontovou baterii . Tento materiál byl pozoruhodný tím, že ve srovnání s tradičním LiCoO 2 má výrazně nižší cenu, je méně toxický a tepelně stabilnější. Hlavní nevýhodou bylo, že měl menší kapacitu .

Až do roku 2003 se tato technologie prakticky nevyvíjela, dokud ji nepřevzala společnost A123 Systems . Historie A123 Systems začala v laboratoři profesora Jiang Ye-Ming z Massachusetts Institute of Technology (MIT) koncem roku 2000 . Jiang v té době pracoval na vytvoření akumulátoru založeného na samoreprodukci struktury koloidního roztoku za určitých podmínek. Na této frontě se však objevily vážné potíže, a když se výzkum v roce 2003 zastavil, Jiangův tým se obrátil ke studiu lithium-železo-fosfátových baterií. Investory do zavedené společnosti byly takové globální korporace jako Motorola , Qualcomm a Sequoia Capital .

Výhody a nevýhody

LiFePO 4 baterie pocházejí z lithium-iontových baterií, ale mají řadu významných rozdílů:

• LiFePO 4 poskytuje delší životnost než jiné lithium-iontové přístupy;
• Na rozdíl od jiných lithium-iontových baterií mají LiFePO 4 baterie, stejně jako niklové, velmi stabilní vybíjecí napětí. Výstupní napětí zůstává během vybíjení blízko 3,2 V, dokud není baterie plně nabita. A to může značně zjednodušit nebo dokonce odstranit nutnost regulace napětí v obvodech, ale ztížit kontrolu zbývajícího nabití baterie.

• Díky konstantnímu výstupnímu napětí 3,2 V je možné zapojit čtyři baterie do série a získat jmenovité výstupní napětí 12,8 V, které se blíží jmenovitému napětí šestičlánkových olověných baterií . To spolu s dobrým bezpečnostním výkonem z baterií LFP z nich dělá dobrou potenciální náhradu olověných baterií v mnoha průmyslových odvětvích, jako je automobilový průmysl a solární energetika. Ze stejného důvodu je možné místo dvojice galvanických článků nebo 1,5 V AA / AAA baterií, pro které je použita 1 baterie LiFePO 4 , použít 3,2 V LiFePO 4 baterie standardní velikosti 14500/10440 a místo druhé článku se používá vložka stejné velikosti -vodič.
• Použití fosfátů zabraňuje nákladům na kobalt a problémům s životním prostředím, zejména když se kobalt dostane do životního prostředí nesprávnou likvidací.
• LiFePO 4 má vyšší špičkový proud (a danou stabilitu napětí, špičkový výkon) než LiCoO 2 .
• Specifická hustota energie (energie/objem) nové baterie LFP je přibližně o 14 % nižší než u nových lithium-iontových baterií.
• LiFePO 4 baterie mají nižší rychlost vybíjení než olověné nebo lithium-iontové baterie. Protože rychlost vybíjení je definována jako procento kapacity baterie, lze u větších baterií dosáhnout vyšší rychlosti vybíjení (více ampérhodin). Lze však použít články LiFePO 4 s vysokým vybíjecím proudem (s vyšší rychlostí vybíjení než olověné baterie nebo LiCoO 2 stejné kapacity).
• Díky pomalejšímu poklesu hustoty energie mají po nějaké době provozu články LiFePO 4 již vyšší hustotu energie než LiCoO 2 a lithium-iontové.
• LiFePO 4 články ztrácejí kapacitu pomaleji než lithium-iontové (LiCoO 2 [oxid lithný kobaltnatý], LiMn 2 O 4 [lithiummanganový spinel])
• Jednou z důležitých výhod oproti jiným typům lithium-iontových baterií je tepelná a chemická stabilita, která výrazně zvyšuje bezpečnost baterie.
• S výhradou Peukertova jevu ( Peukertův zákon ; neschopnost poskytnout plnou kapacitu při vysokých vybíjecích proudech), jako jiné chemické zdroje proudu. Vliv Peukertova efektu na LiFePO4 baterie je však minimální, díky čemuž se kapacita při vybíjení v určitém časovém období (při označení: C1, C5, C10, C20 atd.) mírně mění.
• Mrazuvzdornost. Například pro baterii ANR26650M1-B [3] vyráběnou společností A123 Systems je teplotní rozsah -30 °C ... 55 °C pro provoz a -40 °C ... 60 °C pro skladování.
• Nabíjecí proud výrazně klesá při záporné teplotě prvku LiFePO 4 .

Tento typ baterie se aktivně používá jako vyrovnávací úložiště energie v autonomních systémech napájení pomocí větrných turbín a solárních panelů, stejně jako ve skladových zařízeních (paletové transportéry, retraky, vychystávací vozíky, vychystávací vozíky, zakladače, elektrické vysokozdvižné vozíky, tažné tahače ), mycí stroje, vodní doprava, golfové vozíky, elektrokola, elektrokoloběžky, elektromobily a elektrobusy.

Viz také

• Lithium-titanátová baterie

Poznámky

1. ↑ 1 2 O bateriích A123 LiFePO4 Archivováno 15. října 2013 na Wayback Machine
2. ↑ Lithium Iron Phosphate Battery - PowerTech Systems . Získáno 15. srpna 2020. Archivováno z originálu dne 8. srpna 2020. (neurčitý)
3. ↑ A123 Systems ANR26650 Data Sheet (odkaz není k dispozici) . Staženo 29. 5. 2016. Archivováno z originálu 23. 12. 2015. (neurčitý)