Bateriile LifePo4 – ce sunt acestea și de ce sunt cele mai bune

Bateriile LifePo4 – În prezent, există multe baterii cu proprietăți chimice diferite. Cel mai răspândit tip de baterie din prezent este bateria litiu-ion. Acest grup include, de asemenea, bateriile litiu-fier-fosfat (ferofosfat). Deși toate bateriile din această categorie sunt, în general, similare între ele din punct de vedere al caracteristicilor tehnice, bateriile litiu-fier-fosfat au proprietăți unice care le diferențiază de alte baterii realizate cu tehnologia litiu-ion.

Ce sunt bateriile LiFeP04?

Bateriile LiFePO4 sunt o serie de baterii cu litiu bazate pe fosfat de litiu și fier.

În 1996, Universitatea din Texas a descoperit combinația perfectă de litiu și alte elemente care ar putea fi folosită pentru a alimenta bateriile. Astfel a fost creată bateria LiFeP04, cunoscută ca fiind cea mai stabilă, sigură și fiabilă baterie cu litiu disponibilă.

Un scurt istoric al creării bateriei LiFeP04

Istoria creării bateriei LifePO4 a început cu John B. Goodenough și Arumugam Manthiram. Aceștia au fost primii care au descoperit materialul utilizat în bateriile litiu-ion. Materialele anodice nu sunt potrivite pentru bateriile litiu-ion. Acest lucru se datorează faptului că au tendința de a intra în scurtcircuit relativ repede.

Cercetătorii au descoperit că materialele catodice sunt potrivite pentru bateriile litiu-ion. Iar acest lucru a fost demonstrat în mod clar în variantele de baterii. Încărcarea rapidă, stabilitatea sporită și conductivitatea excelentă, toate acestea au dus la dezvoltarea bateriei LiFeP04.

În prezent, bateriile LiFePO4 pot fi găsite peste tot – bateriile LiFeP04 nu conțin cobalt și sunt mai ieftine de produs decât alte alternative. Acestea sunt non-toxice și au o durată de viață lungă. Vom vedea unde pot fi utile bateriile LiFeP04 în viitor.

Caracteristici ale bateriilor LiFePO4

Tensiunea bateriilor LifePo4 este aceeași cu cea a altor baterii realizate cu tehnologie litiu-ion. Tensiunea nominală depinde de dimensiunile bateriei (dimensiune, factor de formă):

3,7 volți pentru bateria de 18.650, 3,2 volți pentru cea de 10.440 (pinky) și 3,6 volți pentru cea de 24.330. La aproape toate bateriile, tensiunea scade treptat în timpul descărcării;

Una dintre caracteristicile unice ale bateriilor LiFePO4 este stabilitatea tensiunii. Bateriile realizate cu tehnologie cu nichel (nichel-cadmiu, nichel-hidrură metalică) au, de asemenea, caracteristici de tensiune similare.

În funcție de dimensiune, bateriile litiu-fier-fosfat pot oferi o tensiune de 3,0-3,2 volți până la descărcarea completă. Această caracteristică oferă o serie de avantaje atunci când se utilizează astfel de baterii în circuite, deoarece elimină practic necesitatea reglării tensiunii.

Tensiunea de descărcare completă este de 2,0 volți, care este cea mai mică limită de descărcare pentru bateriile fabricate cu tehnologie cu litiu.

Bateria este, de asemenea, lider în ceea ce privește durata de viață, care este echivalentă cu 2.000 de cicluri de încărcare și descărcare. Datorită siguranței structurii chimice LiFePO4, bateriile pot fi încărcate cu o metodă specială de accelerare delta-V atunci când se aplică un curent ridicat la baterie. Multe baterii nu pot rezista la încărcarea cu această metodă, ceea ce duce la supraîncălzire și deteriorare. În cazul bateriilor litiu-fier-fosfat, această metodă nu numai că este posibilă, dar este chiar recomandată. Prin urmare, există încărcătoare speciale pentru încărcarea unor astfel de baterii. Desigur, astfel de încărcătoare nu pot fi utilizate pentru bateriile care conțin alte substanțe chimice. În funcție de factorul de formă, astfel de încărcătoare pot încărca complet o baterie litiu-fier-fosfat în 15-30 de minute.

Evoluțiile recente ale bateriilor litiu-fier-fosfat au extins intervalul de temperatură de funcționare. În timp ce intervalul de funcționare standard pentru bateriile litiu-ion este de la -20 la +20 grade Celsius, bateriile litiu-fier-fosfat pot funcționa la temperaturi cuprinse între -30 și +55 grade Celsius.

Încărcarea sau descărcarea bateriilor la temperaturi mai mari sau mai mici decât aceste temperaturi va cauza deteriorarea gravă a bateriilor. Bateriile litiu-fosfat de fier sunt mai puțin sensibile la îmbătrânire decât alte baterii litiu-ion. Îmbătrânirea reprezintă scăderea naturală a capacității în timp, indiferent dacă bateria este utilizată sau se află pe un raft.

Prin comparație, toate bateriile litiu-ion pierd aproximativ 10% din capacitate în fiecare an. Bateriile litiu-fier-fosfat pierd doar 1,5%. Dezavantajul bateriilor litiu-ion cu fosfat de fier este că capacitatea lor este cu 14% (sau mai puțin) mai mică decât a altor baterii litiu-ion.

Există și alte baterii în categoria litiu cum ar fi:

• Litiu Cobalt Oxid (LiCo022)
• Litiu Nichel Magnesiu Cobalt Oxid (LiNiMC002)
• Litiu Titan (LTO)
• Litiu Magnesiu Oxid (LiMn204)
• Litiu Nichel Cobalt Aluminiu Oxid (LiNiCOAI02)

Tipuri de baterii cu litiu fosfat de fier

Totul în această chimie poate fi împărțit în patru categorii:

• Baterii complete.
• Celule mari sub formă de paralelipipede.
• Celule mici sub formă de paralelipipedi (prisme – baterii LiFePO4 la 3,2 V).
• Baterii mici (pachete).
• Acumulatoare cilindrice.

Dar ce face ca o baterie LiFeP04 să fie superioară față de alte tipuri de baterii?

Exemplu: LiFePO4 vs Litiu Ion

Odată ce știm ce sunt bateriile LiFeP04, trebuie să discutăm de ce sunt superioare bateriilor litiu-ion și altor baterii cu litiu. De exemplu, bateriile LiFePO4 nu sunt potrivite pentru dispozitive portabile, cum ar fi ceasurile. Acest lucru se datorează faptului că au o densitate energetică mai mică decât bateriile litiu-ion.

Dar de ce sunt ele ideale pentru sistemele de energie solară, mașinile electrice, cărucioarele de golf, bărcile autobuz și motocicletele electrice?

Răspunsul este simplu:

– LiFePO4 are un ciclu de viață de patru ori mai lung decât bateriile litiu-ion.

– Este cea mai stabilă și mai sigură baterie cu litiu de pe piață și este mult mai fiabilă decât cea litiu-ion și alte alternative.

În cele din urmă, LiFePO4 poate rezista la 3000-5000 de cicluri de încărcare și descărcare, dar poate fi descărcată în siguranță până la 100%.

De ce este important acest lucru? – Înseamnă că LiFePO4 poate fi descărcat fără teama de a deteriora bateria prin supradescărcare (spre deosebire de alte tipuri de baterii). Prin urmare, acestea pot fi utilizate pentru perioade mai lungi de timp. De fapt, bateriile LiFePO4 durează mai mult decât orice alt tip de baterie. Durata de viață este estimată la 5.000 de cicluri, ceea ce înseamnă aproximativ 10 ani. În timp, costul bateriei este recuperat mult mai eficient.

1. Siguranta si stabilitate
Siguranta unei baterii litiu este importantă. Cel mai important avantaj pe care il are o baterie LiFePO4 fata de alte tipuri de baterii litiu este siguranța. LiFePO4 este cel mai sigur tip de baterie pe litiu. De fat este cel mai sigur dintre toate. LIFePo4 are cea mai sigura configurație chimică.

Litiu fier fosfat are o structură termică mult mai stabilă. Acest lucru nu îl întâlnim nici la baterile plumb acid, nici la altele.
LIFePO4 nu este sursă de combustie, de ardere. Rezistă la temperaturi înalte fără a se descompune. Nu este periculoasă la temperaturi ridicate și se menține la rece chiar și la temperatura camerei.
Daca bateria LiFeP04 va fi expusă la temperaturi extreme sau evenimente fortuite (gen scurtcircuit sau accident) nu va exploda și nu se va aprinde. Pentru cei ce folosesc bateriile deep cycle LiFePO4 zilnic la ambarcațiuni, mașini electrice, scootere, sisteme fotovoltaice, etc. este un motiv de liniște.

2. Protectia mediului
Datorită faptului ca LifePo4 sunt reîncărcabile, acestea protejează mediul. Dar protejarea mediului nu se oprește aici. Spre deosebire de baterile plumb acid sau nichel oxid litiu, nu sunt toxice și nu se scurg. De asemenea pot fi reciclate, dar nu e cazul prea des întrucât rezistă 5000 de cicluri. Spre deosebire de o baterie plumb acid pe care o poti încarca doar 300-400 de cicluri, LifePO4 poate fi reîncărcată peste 5000 de cicluri.

3. Eficiența și performanța superioară

Bineînțeles că vă doriți baterii sigure și inofensive. Dar aveți nevoie și de o baterie de înaltă performanță. LiFePO4 îndeplinește toate aceste cerințe:

– Încărcare eficientă: o baterie LiFePO4 poate fi încărcată complet în mai puțin de două ore.

– Rata de descărcare în stare stabilă: doar 2% într-o lună. (În comparație cu bateriile plumb-acid, care se descarcă până la 30%).

– Durata de funcționare este superioară bateriilor cu plumb-acid și altor tipuri de baterii cu litiu.

– Putere: aceeași putere și amperaj chiar și atunci când se descarcă sub 50%.

– Fără întreținere. Dimensiuni mici și greutate redusă Această baterie este cu 70% mai ușoară decât bateriile cu plumb-acid și cu 50% mai ușoară decât bateriile cu litiu cu oxid de magneziu.

Un alt exemplu este compararea unei baterii LiFeP04 cu o baterie fără litiu

Comparând LifeP04 și Li lon, este clar care dintre ele câștigă.

Dar cum se compară bateria LiFePO4 cu alte baterii reîncărcabile de pe piață?

Bateriile cu plumb-acid

Bateriile cu plumb-acid pot părea la început o alegere bună din punct de vedere al costurilor, dar acest lucru se schimbă pe termen lung. Acest lucru se datorează faptului că bateriile plumb-acid necesită întreținere și pentru că trebuie să fie înlocuite frecvent.

Bateriile cu gel

Bateriile cu gel, precum LifePO4, nu necesită reîncărcare frecventă. Principala diferență între cele două este modul de încărcare. Bateriile cu gel se încarcă foarte încet și trebuie deconectate atunci când încărcătura ajunge la 100% pentru a evita distrugerea.

Bateriile AGM

Bateriile AGM sunt scumpe și riscă să se defecteze dacă sunt descărcate la peste 50% din capacitate. De asemenea, sunt foarte greu de întreținut. LiFePO4 pot fi descărcate complet fără a exista riscul de defectare a bateriei.

Bateriile LiFePO4 sunt utilizate într-o varietate de aplicații:

– Sisteme fotovoltaice: energia solară este stocată, iar bateria LIFePO4 poate fi încărcată cu ușurință cu ajutorul panourilor fotovoltaice.

– Ambarcațiuni de pescuit și caiace. Durata de viață lungă și reîncărcarea rapidă permit mai mult timp pentru pescuit. Greutate redusă: vă permite să aveți o barcă rapidă și ușor de manevrat în timpul competițiilor de pescuit.

– Mopede și scutere: lipsa greutății suplimentare înseamnă că nu există pierdere de viteză. Dacă încărcați rapid bateria (stând pe ea până când este complet încărcată), nu există niciun pericol în călătoriile neașteptate.

– Utilizare comercială: bateria poate fi utilizată în diverse industrii și este extrem de fiabilă și durabilă.