Hoje, existe um grande número de baterias com diferentes tipos de química. As baterias mais populares hoje são de íon-lítio. Este grupo também inclui baterias de lítio-ferro-fosfato (ferrofosfato). Embora todas as baterias nesta categoria sejam amplamente semelhantes em especificações técnicas, as baterias de fosfato de ferro e lítio têm seus próprios recursos exclusivos que as distinguem de outras baterias feitas com tecnologia de íons de lítio.
A história da descoberta da bateria de lítio-fosfato de ferro
O inventor da bateria LiFePO4 é John Goodenough, que trabalhou em 1996 na Universidade do Texas em um novo material catódico para baterias de íons de lítio. O professor conseguiu criar um material mais barato, com menor toxicidade e alta estabilidade térmica. Entre as deficiências da bateria, que usava o novo cátodo, estava uma capacidade menor.
Ninguém estava interessado na invenção de John Goodenough, mas em 2003 a A 123 Systems decidiu desenvolver esta tecnologia, considerando-a bastante promissora. Muitas grandes corporações tornaram-se investidores nesta tecnologia - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
Características das baterias LiFePO4
A voltagem da bateria de ferrofosfato é a mesma de outras baterias com tecnologia de íons de lítio. A tensão nominal depende das dimensões da bateria (tamanho, fator de forma). Para baterias 18 650, isso é 3,7 volts, para 10 440 (dedinhos) - 3,2, para 24 330 - 3,6.
Para quase todas as baterias, a tensão cai gradualmente durante a descarga. Uma das características únicas é a estabilidade de tensão ao trabalhar com baterias LiFePO4. As baterias fabricadas com tecnologia de níquel (níquel-cádmio, níquel-hidreto metálico) têm características de tensão semelhantes a estas.
Dependendo do tamanho, uma bateria de fosfato de ferro e lítio pode fornecer entre 3,0 e 3,2 volts até que esteja totalmente descarregada. Esta propriedade confere mais vantagens a estas baterias quando utilizadas em circuitos, pois praticamente elimina a necessidade de regulação de tensão.
A tensão de descarga total é de 2,0 volts, o limite de descarga mais baixo registrado de qualquer bateria de tecnologia de lítio. Estas baterias são líderes emvida útil, que é equivalente a 2000 ciclos de carga e descarga. Devido à segurança de sua estrutura química, as baterias LiFePO4 podem ser carregadas usando um método especial acelerado delta V quando uma grande corrente é aplicada à bateria.
Muitas baterias não suportam este método de carregamento, causando superaquecimento e deterioração. No caso de baterias de lítio-ferro-fosfato, o uso desse método não é apenas possível, mas até recomendado. Portanto, existem carregadores especiais especificamente para carregar essas baterias. Obviamente, esses carregadores não podem ser usados em baterias com outros produtos químicos. Dependendo do formato, as baterias de fosfato de ferro e lítio nesses carregadores podem ser totalmente carregadas em 15 a 30 minutos.
Desenvolvimentos recentes no campo das baterias LiFePO4 oferecem ao usuário baterias com uma faixa de temperatura operacional melhorada. Se a faixa de operação padrão para baterias de íons de lítio for de -20 a +20 graus Celsius, as baterias de fosfato de ferro e lítio podem funcionar perfeitamente na faixa de -30 a +55. Carregar ou descarregar uma bateria em temperaturas acima ou abaixo das descritas danificará gravemente a bateria.
As baterias de fosfato de ferro-lítio são muito menos afetadas pelo efeito de envelhecimento do que outras baterias de íon-lítio. O envelhecimento é a perda natural de capacidade ao longo do tempo, que independe de uma bateria ser usada ouestá na estante. Em comparação, todas as baterias de íons de lítio perdem cerca de 10% da capacidade a cada ano. O fosfato de ferro-lítio perde apenas 1,5%.
A desvantagem dessas baterias é a capacidade mais baixa, que é 14% menor (ou mais) do que outras baterias de íons de lítio.
Segurança da bateria de ferrofosfato
Este tipo de baterias é considerado um dos mais seguros entre todos os tipos de baterias existentes. As baterias de Fosfato de Lítio LiFePO4 têm química muito estável, e são capazes de suportar cargas pesadas bem na descarga (em operação de baixa resistência) e carga (ao carregar a bateria com altas correntes).
Devido ao fato de que os fosfatos são quimicamente seguros, essas baterias são mais fáceis de descartar depois de esgotarem seus recursos. Muitas baterias com produtos químicos perigosos (como lítio-cob alto) precisam passar por processos de reciclagem adicionais para eliminar seu risco ambiental.
Carregar baterias de lítio-fosfato de ferro
Uma das razões para o interesse comercial dos investidores na química de ferrofosfato foi a capacidade de carga rápida, resultante de sua estabilidade. Imediatamente após a organização da liberação do transportador das baterias LiFePO4, elas foram posicionadas como baterias que podem ser carregadas rapidamente.
Carregadores especiais foram produzidos para esta finalidade. Como já mencionado acima, esses carregadores não podem ser usados em outras baterias, pois isso fará com que elas superaqueçam e danifiquem muitoeles.
Um carregador especial para essas baterias pode carregá-las em 12-15 minutos. As baterias de ferrofosfato também podem ser carregadas com carregadores convencionais. Existem também opções de carregador combinados com ambos os modos de carregamento. A melhor opção, claro, seria usar carregadores inteligentes com muitas opções para controlar o processo de carregamento.
Dispositivo de bateria de fosfato de ferro e lítio
A bateria LiFePO4 de lítio-ferro-fosfato não possui características especiais na estrutura interna em comparação com suas contrapartes em tecnologia química. Apenas um elemento sofreu uma mudança - um cátodo feito de fosfato de ferro. O material do ânodo é de lítio (todas as baterias de íon de lítio têm um ânodo de lítio).
O funcionamento de qualquer bateria é baseado na reversibilidade de uma reação química. Caso contrário, os processos que ocorrem dentro da bateria são chamados de processos de oxidação e redução. Qualquer bateria consiste em eletrodos - um cátodo (menos) e um ânodo (mais). Além disso, dentro de qualquer bateria existe um separador - um material poroso impregnado com um líquido especial - um eletrólito.
Quando a bateria está descarregada, os íons de lítio se movem através do separador do cátodo para o ânodo, liberando a carga acumulada (oxidação). Quando uma bateria é carregada, os íons de lítio se movem na direção oposta do ânodo para o cátodo, acumulando carga (recuperação).
Tipos de baterias de fosfato de ferro e lítio
Todos os tipos de baterias nesta química podem ser divididos em quatro categorias:
- CompletoBateria.
- Células grandes em forma de paralelepípedos.
- Pequenas células em forma de paralelepípedos (prismas - baterias LiFePO4 a 3,2 V).
- Pequenas pilhas de moedas (pacotes).
- Baterias cilíndricas.
Baterias e células de fosfato de ferro e lítio podem ter diferentes voltagens nominais de 12 a 60 volts. Eles superam as baterias de chumbo-ácido tradicionais de várias maneiras: o tempo de ciclo é muito maior, o peso é várias vezes menor e elas são recarregadas várias vezes mais rápido.
As baterias cilíndricas nesta química são usadas separadamente e em cadeia. As dimensões dessas baterias cilíndricas são muito diferentes: de 14.500 (tipo dedo) a 32.650.
Baterias de fosfato de ferro e lítio
Baterias de ferrofosfato para bicicletas e bicicletas elétricas merecem atenção especial. Com a invenção de um novo cátodo de fosfato de ferro, juntamente com outros tipos de baterias baseadas nessa química, surgiram baterias especiais que, devido às suas características aprimoradas e peso mais leve, podem ser usadas convenientemente mesmo em bicicletas comuns. Essas baterias imediatamente ganharam popularidade entre os fãs de atualização de suas bicicletas.
As baterias de fosfato de ferro e lítio são capazes de fornecer várias horas de ciclismo despreocupado, o que é uma competição digna de motores de combustão interna, que também eram frequentemente instalados em bicicletas no passado. Normalmente para dadosPara isso, são utilizadas baterias LiFePO4 de 48v, mas é possível adquirir baterias de 25, 36 e 60 volts.
Aplicação de baterias de ferrofosfato
O papel das baterias nesta química é claro sem comentários. Prismas são usados para diferentes propósitos - baterias LiFePO4 3, 2 v. Células maiores são usadas como elementos de sistemas tampão para energia solar e turbinas eólicas. As baterias de ferrofosfato são usadas ativamente na construção de veículos elétricos.
Baterias planas pequenas são usadas para telefones, laptops e tablets. Baterias cilíndricas de diferentes formatos são usadas para armas de airsoft, cigarros eletrônicos, modelos controlados por rádio, etc.
