Бүгүнкү күндө химиянын ар кандай түрлөрү бар көп сандагы батареялар бар. Бүгүнкү күндө эң популярдуу батарейкалар литий-ион болуп саналат. Бул топко литий-темир-фосфат (феррофосфат) батареялары да кирет. Бул категориядагы бардык батарейкалар техникалык мүнөздөмөлөрү боюнча жалпысынан окшош болгону менен, литий-темир фосфат батареяларынын литий-ион технологиясы менен жасалган башка батарейкалардан айырмалап турган өзүнүн уникалдуу өзгөчөлүктөрү бар.
Литий-темир фосфат батареясынын ачылышынын окуясы
LiFePO4 батареясынын ойлоп табуучусу 1996-жылы Техас университетинде литий-иондук батарейкалар үчүн жаңы катоддук материалдын үстүндө иштеген Джон Гуденоф. Профессор арзаныраак, уулуулугу аз жана термикалык туруктуулугу жогору материалды түзө алды. Жаңы катодду колдонгон аккумулятордун кемчиликтеринин арасында кубаттуулугу төмөн болгон.
Джон Гуденоффтун ойлоп табуусу эч кимди кызыктырган эмес, бирок 2003-жылы A 123 Systems бул технологияны абдан келечектүү деп эсептеп иштеп чыгууну чечкен. Көптөгөн ири корпорациялар бул технологиянын инвесторлору болушту - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
LiFePO4 батарейкаларынын мүнөздөмөлөрү
Феррофосфаттык батареянын чыңалуусу башка литий-иондук технологиялык батарейкалардын чыңалуусу менен бирдей. Номиналдуу чыңалуу батареянын өлчөмдөрүнө (өлчөмү, форма фактору) көз каранды. 18 650 батарейкалар үчүн бул 3,7 вольт, 10 440 үчүн (кичинекей манжалар) - 3,2, 24 330 үчүн - 3,6.
Дээрлик бардык батарейкалар үчүн чыңалуу кубатталып жатканда акырындап төмөндөйт. Уникалдуу өзгөчөлүктөрүнүн бири LiFePO4 батареялары менен иштөөдө чыңалуунун туруктуулугу болуп саналат. Никель технологиясы (никель-кадмий, никель-металл гидрид) менен жасалган батарейкалардын чыңалуу өзгөчөлүктөрү ушуларга окшош.
Өлчөмүнө жараша, литий-темир фосфаттык батарейка 3,0 жана 3,2 вольттун ортосунда толук заряды түгөнгөнгө чейин жеткире алат. Бул касиет чынжырларда колдонулганда бул батарейкаларга көбүрөөк артыкчылыктарды берет, анткени чыңалууну жөнгө салуу зарылдыгын иш жүзүндө жокко чыгарат.
Толук разряд чыңалуусу 2,0 вольт, литий технологиясынын бардык батареяларынын эң төмөнкү жазылган разряд чеги. Бул батареялар лидер болуп саналаткызмат мөөнөтү, бул заряддоо жана разряд үчүн 2000 циклге барабар. Химиялык түзүлүшүнүн коопсуздугунан улам LiFePO4 батареялары батареяга чоң ток колдонулганда атайын тездетилген Delta V ыкмасы менен заряддалышы мүмкүн.
Көптөгөн батарейкалар мындай кубаттоо ыкмасына туруштук бере албай, алардын ысып кетишине жана начарлашына алып келет. Литий-темир-фосфат батарейкаларында бул ыкманы колдонуу гана мүмкүн эмес, ал тургай сунушталат. Ошондуктан, мындай батарейкаларды заряддоо үчүн атайын заряддагычтар бар. Албетте, мындай заряддоочу түзүлүштөрдү башка химия менен батареяларда колдонууга болбойт. Форма факторуна жараша бул заряддагычтардагы литий-темир-фосфат батарейкалары 15-30 мүнөттө толук заряддалат.
LiFePO4 батарейкалары тармагындагы акыркы өнүгүүлөр колдонуучуга жакшыртылган иштөө температурасы диапазону менен батареяларды сунуштайт. Литий-иондук батарейкалардын стандарттык иштөө диапазону -20дан +20 градуска чейин болсо, анда литий-темир фосфат батареялары -30дан +55ке чейинки диапазондо эң сонун иштей алат. Батареяны сүрөттөлгөндөн жогору же төмөн температурада заряддоо же кубатсыздандыруу батареяга олуттуу зыян келтирет.
Литий-темир-фосфат батарейкалары башка литий-иондук батарейкаларга караганда картаюу эффектисине азыраак таасир этет. Картаюу – бул батареянын колдонулушуна же колдонулушуна көз каранды болбогон убакыттын өтүшү менен кубаттуулуктун табигый жоготуусутекчеде турат. Салыштыруу үчүн, бардык литий-иондук батарейкалар жыл сайын болжол менен 10% кубаттуулугун жоготот. Литий темир фосфаты 1,5% гана жоготот.
Бул батарейкалардын кемчилиги башка литий-иондук батарейкаларга караганда 14% аз (же андан да көп) кубаттуулугу төмөн.
Феррофосфаттык батареянын коопсуздугу
Батареялардын бул түрү учурдагы батарейкалардын бардык түрлөрүнүн ичинен эң коопсуз деп эсептелет. LiFePO4 литий фосфат батарейкалары өтө туруктуу химияга ээ жана разрядда (төмөн каршылыкта иштөөдө) жана заряддоодо (батареяны жогорку ток менен кубаттоодо) оор жүктөрдү жакшы туруштук бере алат.
Фосфаттар химиялык жактан коопсуз болгондуктан, бул батареялар ресурстарын иштеп чыккандан кийин утилдештирүү оңой. Кооптуу химиясы бар көптөгөн батареялар (мисалы, литий-кобальт) экологиялык коркунучун жок кылуу үчүн кошумча кайра иштетүү процесстеринен өтүшү керек.
Литий-темир фосфат батареяларын заряддоо
Инвесторлордун феррофосфат химиясына коммерциялык кызыгуусунун себептеринин бири анын туруктуулугунан улам тез заряддоо мүмкүнчүлүгү болгон. LiFePO4 батарейкаларынын конвейердик чыгарылышын уюштуруудан кийин дароо алар тез заряддала турган батареялар катары жайгаштырылды.
Бул үчүн атайын заряддагычтар чыгарылган. Жогоруда айтылгандай, мындай заряддагычтарды башка батарейкаларда колдонууга болбойт, анткени бул алардын ысып кетишине алып келет жана чоң зыян келтирет.алар.
Бул батареялар үчүн атайын заряддагыч аларды 12-15 мүнөттө кубаттай алат. Феррофосфаттык батареяларды кадимки заряддагычтар менен да заряддоого болот. Эки кубаттоо режимдери менен айкалышкан заряддоочу параметрлери да бар. Эң жакшы вариант, албетте, кубаттоо процессин көзөмөлдөө үчүн көптөгөн параметрлери бар акылдуу кубаттагычтарды колдонуу болот.
Литий-темир фосфат батареясы түзмөгү
Литий-темир-фосфат LiFePO4 батареясы химиялык технологиядагы кесиптештерине салыштырмалуу ички түзүлүшүндө эч кандай өзгөчөлүктөргө ээ эмес. Бир гана элемент өзгөрүүгө дуушар болгон - темир фосфаттан жасалган катод. Анод материалы литий (бардык литий-иондук батарейкаларда литий анод бар).
Кандайдыр бир батареянын иштеши химиялык реакциянын кайтарымдуулугуна негизделген. Болбосо, батареянын ичинде болуп жаткан процесстер кычкылдануу жана калыбына келтирүү процесстери деп аталат. Ар кандай аккумулятор электроддордон турат - катод (минус) жана анод (плюс). Ошондой эле ар кандай аккумулятордун ичинде сепаратор бар - атайын суюктук - электролит менен сиңирилген көзөнөктүү материал.
Батарея заряды түгөнгөндө, литий иондору катоддон анодго сепаратор аркылуу жылып, топтолгон зарядды (кычкылдануу) бөлүп чыгарат. Батарея заряддалганда, литий иондору аноддон катодго карама-каршы багытта жылып, зарядды топтойт (калыбына келтирүү).
Литий темир фосфат батареяларынын түрлөрү
Бул химиядагы батарейкалардын бардык түрлөрүн төрт категорияга бөлүүгө болот:
- ТолукБатарея.
- Параллелепипед түрүндөгү чоң клеткалар.
- Параллелепипед түрүндөгү кичинекей клеткалар (призмалар - LiFePO4 3,2 В батарейкалары).
- Чакан монета клеткалары (пакеттер).
- Цилиндрдик батарейкалар.
Литий темир фосфат батареялары жана клеткалары 12 вольттон 60 вольтко чейин ар кандай номиналдуу чыңалууга ээ болушу мүмкүн. Алар салттуу коргошун-кислота аккумуляторлорунан көп жагынан ашып кетет: цикл убактысы алда канча жогору, салмагы бир нече эсе аз жана алар бир нече эсе тезирээк заряддалат.
Бул химиядагы цилиндрдик батарейкалар өзүнчө да, чынжырда да колдонулат. Бул цилиндрдик батарейкалардын өлчөмдөрү абдан айырмаланат: 14 500дөн (манжа түрү) 32 650гө чейин.
Литий темир фосфат батареялары
Велосипеддер жана электр циклдары үчүн феррофосфаттык батарейкалар өзгөчө көңүл бурууга татыктуу. Жаңы темир-фосфаттык катоддун ойлоп табуусу менен, ушул химиянын негизиндеги башка типтеги аккумуляторлор менен бирге атайын аккумуляторлор чыкты, алар жакшыртылган мүнөздөмөлөрүнүн жана жеңил салмагынын аркасында жөнөкөй велосипеддерде да ыңгайлуу колдонууга болот. Мындай батарейкалар велосипеддерин жаңырткан күйөрмандардын арасында дароо популярдуулукка ээ болду.
Литий-темир фосфаттык батарейкалар бир нече сааттык бейкапар велосипед тебүүнү камсыздай алат, бул ички күйүүчү кыймылдаткычтар үчүн татыктуу атаандаштык, алар да мурун велосипеддерге көп орнотулган. Көбүнчө маалыматтар үчүнмаксаттарда, 48v LiFePO4 батарейкалар колдонулат, бирок 25, 36 жана 60 вольт үчүн батарейкаларды сатып алууга болот.
Феррофосфаттык батареяларды колдонуу
Батареялардын бул химиядагы ролу комментарийсиз эле айкын. Призмалар ар кандай максаттар үчүн колдонулат - LiFePO4 3, 2 v батареялары. Ири клеткалар күн энергиясы жана шамал турбиналары үчүн буфердик системалардын элементтери катары колдонулат. Феррофосфаттык аккумуляторлор электромобилдерди курууда активдүү колдонулат.
Кичинекей жалпак батарейкалар телефондор, ноутбуктар жана планшеттик компьютерлер үчүн колдонулат. Ар кандай форма факторлорунун цилиндрдик батареялары аэрософт мылтыктары, электрондук тамекилер, радио менен башкарылуучу моделдер ж.б. үчүн колдонулат.
