Heute gibt es eine Vielzahl von Batterien mit unterschiedlicher Chemie. Die heute beliebtesten Batterien sind Lithium-Ionen. Zu dieser Gruppe gehören auch Lithium-Eisen-Phosphat (Ferrophosphat)-Batterien. Während alle Batterien in dieser Kategorie in den technischen Spezifikationen weitgehend ähnlich sind, haben Lithium-Eisenphosphat-Batterien ihre eigenen einzigartigen Eigenschaften, die sie von anderen Batterien unterscheiden, die mit Lithium-Ionen-Technologie hergestellt werden.
Die Geschichte der Entdeckung der Lithium-Eisenphosphat-Batterie
Der Erfinder der LiFePO4-Batterie ist John Goodenough, der 1996 an der University of Texas an einem neuen Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien arbeitete. Dem Professor ist es gelungen, ein Material herzustellen, das billiger ist, weniger Toxizität aufweist und eine hohe thermische Stabilität aufweist. Zu den Mängeln der Batterie, die die neue Kathode verwendete, gehörte eine geringere Kapazität.
Niemand war an der Erfindung von John Goodenough interessiert, aber 2003 entschied sich A 123 Systems, diese Technologie zu entwickeln, da sie sie für sehr vielversprechend hielt. Viele große Unternehmen sind Investoren in diese Technologie geworden – Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
Eigenschaften von LiFePO4-Batterien
Die Spannung der Ferrophosphat-Batterie entspricht der anderer Batterien mit Lithium-Ionen-Technologie. Die Nennspannung ist abhängig von den Abmessungen der Batterie (Größe, Formfaktor). Für Batterien 18 650 sind dies 3,7 Volt, für 10 440 (kleine Finger) - 3,2, für 24 330 - 3,6.
Bei fast allen Akkus sinkt die Spannung beim Entladen allmählich ab. Eines der einzigartigen Merkmale ist die Spannungsstabilität beim Arbeiten mit LiFePO4-Akkus. Batterien, die mit Nickeltechnologie (Nickel-Cadmium, Nickel-Metallhydrid) hergestellt wurden, haben ähnliche Spannungseigenschaften.
Je nach Größe kann ein Lithium-Eisenphosphat-Akku bis zur vollständigen Entladung zwischen 3,0 und 3,2 Volt liefern. Diese Eigenschaft verleiht diesen Batterien weitere Vorteile, wenn sie in Sch altkreisen verwendet werden, da eine Spannungsregelung praktisch überflüssig wird.
Die volle Entladespannung beträgt 2,0 Volt, die niedrigste aufgezeichnete Entladegrenze aller Lithium-Technologie-Batterien. Diese Batterien sind führend inLebensdauer, die 2000 Lade- und Entladezyklen entspricht. Aufgrund der Sicherheit ihrer chemischen Struktur können LiFePO4-Akkus mit einem speziellen beschleunigten Delta-V-Verfahren geladen werden, wenn ein großer Strom an den Akku angelegt wird.
Viele Akkus h alten dieser Lademethode nicht stand, wodurch sie überhitzen und sich verschlechtern. Bei Lithium-Eisenphosphat-Batterien ist diese Methode nicht nur möglich, sondern sogar empfehlenswert. Daher gibt es spezielle Ladegeräte speziell zum Laden solcher Akkus. Natürlich können solche Ladegeräte nicht für Batterien mit anderer Chemie verwendet werden. Je nach Formfaktor können Lithium-Eisenphosphat-Akkus auf diesen Ladegeräten in 15-30 Minuten vollständig aufgeladen werden.
Jüngste Entwicklungen im Bereich der LiFePO4-Batterien bieten dem Anwender Batterien mit einem verbesserten Betriebstemperaturbereich. Wenn der normale Betriebsbereich für Lithium-Ionen-Akkus bei -20 bis +20 Grad Celsius liegt, können Lithium-Eisenphosphat-Akkus im Bereich von -30 bis +55 perfekt funktionieren. Das Laden oder Entladen eines Akkus bei Temperaturen über oder unter den angegebenen wird den Akku schwer beschädigen.
Lithium-Eisenphosphat-Akkus sind wesentlich weniger vom Alterungseffekt betroffen als andere Lithium-Ionen-Akkus. Alterung ist der natürliche Kapazitätsverlust im Laufe der Zeit, der unabhängig davon ist, ob eine Batterie verwendet wird oder nichtsteht im Regal. Zum Vergleich: Alle Lithium-Ionen-Akkus verlieren jedes Jahr etwa 10 % an Kapazität. Lithiumeisenphosphat verliert nur 1,5 %.
Der Nachteil dieser Akkus ist die geringere Kapazität, die etwa 14 % geringer ist als bei anderen Lithium-Ionen-Akkus.
Sicherheit von Ferrophosphatbatterien
Dieser Batterietyp gilt als einer der sichersten aller existierenden Batterietypen. LiFePO4-Lithiumphosphat-Batterien haben eine sehr stabile Chemie und können schweren Belastungen beim Entladen (im Betrieb mit niedrigem Widerstand) und beim Laden (beim Laden der Batterie mit hohen Strömen) gut standh alten.
Da Phosphate chemisch unbedenklich sind, sind diese Batterien einfacher zu entsorgen, nachdem sie ihre Ressource ausgearbeitet haben. Viele Batterien mit gefährlicher Chemie (z. B. Lithium-Kob alt) müssen zusätzlichen Recyclingprozessen unterzogen werden, um ihre Umweltgefährdung zu beseitigen.
Laden von Lithium-Eisenphosphat-Akkus
Einer der Gründe für das kommerzielle Interesse von Investoren an der Ferrophosphatchemie war die schnelle Aufladefähigkeit, die sich aus der Stabilität ergibt. Unmittelbar nach der Organisation der Förderfreigabe von LiFePO4-Akkus wurden diese als schnell aufladbare Akkus positioniert.
Zu diesem Zweck wurden spezielle Ladegeräte hergestellt. Wie oben bereits erwähnt, können solche Ladegeräte nicht an anderen Akkus verwendet werden, da diese dadurch überhitzen und stark beschädigt werdenihnen.
Ein spezielles Ladegerät für diese Akkus kann sie in 12-15 Minuten aufladen. Ferrophosphat-Akkus können auch mit herkömmlichen Ladegeräten geladen werden. Es gibt auch kombinierte Ladegeräte mit beiden Lademodi. Die beste Option wäre natürlich die Verwendung von intelligenten Ladegeräten mit vielen Optionen zur Steuerung des Ladevorgangs.
Lithium-Eisenphosphat-Batteriegerät
Die Lithium-Eisen-Phosphat-LiFePO4-Batterie weist keine Besonderheiten im inneren Aufbau gegenüber ihren Pendants in der Chemietechnik auf. Nur ein Element hat sich verändert – eine Kathode aus Eisenphosphat. Das Anodenmaterial ist Lithium (alle Lithium-Ionen-Akkus haben eine Lithium-Anode).
Der Betrieb jeder Batterie basiert auf der Umkehrbarkeit einer chemischen Reaktion. Ansonsten werden die innerhalb der Batterie ablaufenden Prozesse als Oxidations- und Reduktionsprozesse bezeichnet. Jede Batterie besteht aus Elektroden - einer Kathode (Minus) und einer Anode (Plus). Außerdem befindet sich in jeder Batterie ein Separator – ein poröses Material, das mit einer speziellen Flüssigkeit – einem Elektrolyten – imprägniert ist.
Wenn die Batterie entladen wird, wandern Lithium-Ionen durch den Separator von der Kathode zur Anode und geben dabei die angesammelte Ladung ab (Oxidation). Wenn eine Batterie geladen wird, bewegen sich Lithiumionen in die entgegengesetzte Richtung von der Anode zur Kathode und sammeln Ladung (Erholung).
Arten von Lithium-Eisenphosphat-Batterien
Alle Batterietypen dieser Chemie können in vier Kategorien eingeteilt werden:
- AbgeschlossenAkku.
- Große Zellen in Form von Quadern.
- Kleinzellen in Form von Quadern (Prismen - LiFePO4-Batterien bei 3,2 V).
- Kleine Knopfzellen (Packs).
- Zylindrische Batterien.
Lithium-Eisenphosphat-Batterien und -Zellen können unterschiedliche Nennspannungen von 12 bis 60 Volt haben. Sie übertreffen herkömmliche Blei-Säure-Batterien in vielerlei Hinsicht: Die Zykluszeit ist viel höher, das Gewicht ist um ein Vielfaches geringer und sie sind um ein Vielfaches schneller wieder aufgeladen.
Zylindrische Batterien in dieser Chemie werden sowohl einzeln als auch in einer Kette verwendet. Die Abmessungen dieser zylindrischen Batterien sind sehr unterschiedlich: von 14.500 (Fingertyp) bis 32.650.
Lithium-Eisenphosphat-Batterien
Ferrophosphatbatterien für Fahrräder und Elektrofahrräder verdienen besondere Aufmerksamkeit. Mit der Erfindung einer neuen Eisenphosphat-Kathode und anderen auf dieser Chemie basierenden Batterietypen entstanden spezielle Batterien, die aufgrund ihrer verbesserten Eigenschaften und ihres geringeren Gewichts auch auf gewöhnlichen Fahrrädern bequem verwendet werden können. Solche Batterien gewannen sofort an Popularität unter Fans, die ihre Fahrräder aufrüsten.
Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus sind in der Lage, mehrere Stunden unbeschwertes Radfahren zu ermöglichen, was eine würdige Konkurrenz für Verbrennungsmotoren ist, die früher auch oft an Fahrrädern verbaut waren. Normalerweise für DatenZu diesem Zweck werden 48-V-LiFePO4-Batterien verwendet, es ist jedoch möglich, Batterien für 25, 36 und 60 Volt zu erwerben.
Anwendung von Ferrophosphatbatterien
Die Rolle der Batterien in dieser Chemie ist ohne Kommentar klar. Prismen werden für verschiedene Zwecke verwendet - LiFePO4 3, 2 V-Batterien. Größere Zellen werden als Elemente von Puffersystemen für Solarenergie und Windkraftanlagen verwendet. Ferrophosphat-Batterien werden aktiv beim Bau von Elektrofahrzeugen verwendet.
Kleine Flachbatterien werden für Telefone, Laptops und Tablet-PCs verwendet. Zylindrische Batterien verschiedener Formfaktoren werden für Airsoft-Waffen, elektronische Zigaretten, ferngesteuerte Modelle usw. verwendet.
