Aujourd'hui, il existe un grand nombre de batteries avec différents types de chimie. Les batteries les plus populaires aujourd'hui sont au lithium-ion. Ce groupe comprend également les batteries lithium-fer-phosphate (ferrophosphate). Alors que toutes les batteries de cette catégorie sont globalement similaires dans les spécifications techniques, les batteries au lithium fer phosphate ont leurs propres caractéristiques uniques qui les distinguent des autres batteries fabriquées à l'aide de la technologie lithium-ion.
L'histoire de la découverte de la batterie lithium fer phosphate
L'inventeur de la batterie LiFePO4 est John Goodenough, qui a travaillé en 1996 à l'Université du Texas sur un nouveau matériau de cathode pour les batteries lithium-ion. Le professeur a réussi à créer un matériau moins cher, moins toxique et à haute stabilité thermique. Parmi les défauts de la batterie, qui utilisait la nouvelle cathode, figurait une capacité inférieure.
Personne n'était intéressé par l'invention de John Goodenough, mais en 2003, A 123 Systems décida de développer cette technologie, la jugeant assez prometteuse. De nombreuses grandes entreprises sont devenues des investisseurs dans cette technologie - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
Caractéristiques des batteries LiFePO4
La tension de la batterie au ferrophosphate est la même que celle des autres batteries à technologie lithium-ion. La tension nominale dépend des dimensions de la batterie (taille, facteur de forme). Pour les batteries 18 650 c'est 3,7 volts, pour 10 440 (petits doigts) - 3,2, pour 24 330 - 3,6.
Pour presque toutes les batteries, la tension chute progressivement pendant la décharge. L'une des caractéristiques uniques est la stabilité de la tension lorsque vous travaillez avec des batteries LiFePO4. Les batteries fabriquées à l'aide de la technologie au nickel (nickel-cadmium, nickel-hydrure métallique) ont des caractéristiques de tension similaires à celles-ci.
Selon sa taille, une batterie au lithium fer phosphate peut fournir entre 3,0 et 3,2 volts jusqu'à ce qu'elle soit complètement déchargée. Cette propriété donne plus d'avantages à ces batteries lorsqu'elles sont utilisées dans des circuits, car elle élimine pratiquement le besoin de régulation de tension.
La tension de décharge complète est de 2,0 volts, la limite de décharge la plus basse enregistrée de toute batterie à technologie lithium. Ces batteries sont leaders dansdurée de vie, qui équivaut à 2000 cycles pour la charge et la décharge. En raison de la sécurité de leur structure chimique, les batteries LiFePO4 peuvent être chargées à l'aide d'une méthode delta V accélérée spéciale lorsqu'un courant important est appliqué à la batterie.
De nombreuses batteries ne peuvent pas supporter cette méthode de charge, ce qui les fait surchauffer et se détériorer. Dans le cas des batteries lithium-fer-phosphate, l'utilisation de cette méthode est non seulement possible, mais même recommandée. Par conséquent, il existe des chargeurs spéciaux spécifiquement pour charger ces batteries. Bien sûr, de tels chargeurs ne peuvent pas être utilisés sur des batteries avec d'autres produits chimiques. Selon le facteur de forme, les batteries au lithium fer phosphate de ces chargeurs peuvent être complètement chargées en 15 à 30 minutes.
Les développements récents dans le domaine des batteries LiFePO4 offrent aux utilisateurs des batteries avec une plage de température de fonctionnement améliorée. Si la plage de fonctionnement standard des batteries lithium-ion est de -20 à +20 degrés Celsius, les batteries au lithium fer phosphate peuvent parfaitement fonctionner dans la plage de -30 à +55. Charger ou décharger une batterie à des températures supérieures ou inférieures à celles décrites endommagera gravement la batterie.
Les batteries lithium-phosphate de fer sont beaucoup moins affectées par l'effet du vieillissement que les autres batteries lithium-ion. Le vieillissement est la perte naturelle de capacité au fil du temps, qui est indépendante de l'utilisation ou non d'une batterie.est sur l'étagère. En comparaison, toutes les batteries lithium-ion perdent environ 10 % de capacité chaque année. Le phosphate de fer au lithium ne perd que 1,5 %.
L'inconvénient de ces batteries est leur capacité inférieure, qui est 14 % inférieure (ou presque) à celle des autres batteries lithium-ion.
Sécurité des batteries au ferrophosphate
Ce type de batteries est considéré comme l'un des plus sûrs parmi tous les types de batteries existants. Les batteries LiFePO4 Lithium Phosphate ont une chimie très stable et sont capables de bien supporter de lourdes charges en décharge (en fonctionnement à faible résistance) et en charge (lors de la charge de la batterie avec des courants élevés).
En raison du fait que les phosphates sont chimiquement sûrs, ces batteries sont plus faciles à éliminer une fois qu'elles ont épuisé leur ressource. De nombreuses batteries contenant des substances chimiques dangereuses (telles que le lithium-cob alt) doivent subir des processus de recyclage supplémentaires afin d'éliminer leur danger pour l'environnement.
Charger des batteries au lithium fer phosphate
L'une des raisons de l'intérêt commercial des investisseurs pour la chimie du ferrophosphate était sa capacité à charger rapidement, résultant de sa stabilité. Immédiatement après l'organisation de la libération par convoyeur des batteries LiFePO4, elles ont été positionnées comme des batteries pouvant être chargées rapidement.
Des chargeurs spéciaux ont été produits à cet effet. Comme déjà mentionné ci-dessus, de tels chargeurs ne peuvent pas être utilisés sur d'autres batteries, car cela les ferait surchauffer et endommagerait considérablementeux.
Un chargeur spécial pour ces batteries peut les recharger en 12 à 15 minutes. Les batteries au ferrophosphate peuvent également être chargées avec des chargeurs conventionnels. Il existe également des options de chargeur combiné avec les deux modes de charge. La meilleure option, bien sûr, serait d'utiliser des chargeurs intelligents avec de nombreuses options pour contrôler le processus de charge.
Périphérique de batterie au lithium fer phosphate
La batterie lithium-fer-phosphate LiFePO4 n'a pas de particularités dans la structure interne par rapport à ses homologues de la technologie chimique. Un seul élément a subi une modification - une cathode en phosphate de fer. Le matériau de l'anode est au lithium (toutes les batteries au lithium-ion ont une anode au lithium).
Le fonctionnement de toute batterie est basé sur la réversibilité d'une réaction chimique. Sinon, les processus se produisant à l'intérieur de la batterie sont appelés processus d'oxydation et de réduction. Toute batterie est constituée d'électrodes - une cathode (moins) et une anode (plus). En outre, à l'intérieur de toute batterie se trouve un séparateur - un matériau poreux imprégné d'un liquide spécial - un électrolyte.
Lorsque la batterie est déchargée, les ions lithium se déplacent à travers le séparateur de la cathode à l'anode, dégageant la charge accumulée (oxydation). Lorsqu'une batterie est chargée, les ions lithium se déplacent dans la direction opposée de l'anode à la cathode, accumulant la charge (récupération).
Types de batteries lithium fer phosphate
Tous les types de batteries de cette chimie peuvent être divisés en quatre catégories:
- CompletBatterie.
- Grandes cellules en forme de parallélépipèdes.
- Petites cellules en forme de parallélépipèdes (prismes - batteries LiFePO4 à 3,2 V).
- Petites piles bouton (paquets).
- Piles cylindriques.
Les batteries et cellules Lithium Fer Phosphate peuvent avoir différentes tensions nominales de 12 à 60 volts. Elles surpassent les batteries plomb-acide traditionnelles à bien des égards: le temps de cycle est beaucoup plus élevé, le poids est plusieurs fois inférieur et elles sont rechargées plusieurs fois plus rapidement.
Les piles cylindriques de cette chimie sont utilisées à la fois séparément et en chaîne. Les dimensions de ces batteries cylindriques sont très différentes: de 14 500 (type doigt) à 32 650.
Piles lithium fer phosphate
Les batteries au ferrophosphate pour vélos et cycles électriques méritent une attention particulière. Avec l'invention d'une nouvelle cathode fer-phosphate, ainsi que d'autres types de batteries basées sur cette chimie, des batteries spéciales sont sorties, qui, en raison de leurs caractéristiques améliorées et de leur poids plus léger, peuvent être utilisées même sur des vélos ordinaires. Ces batteries ont immédiatement gagné en popularité parmi les fans de mise à niveau de leurs vélos.
Les batteries Lithium Fer Phosphate sont capables de fournir plusieurs heures de vélo sans soucis, ce qui est une digne concurrence pour les moteurs à combustion interne, qui étaient aussi souvent installés sur les vélos dans le passé. Généralement pour les donnéesfins, des batteries LiFePO4 48v sont utilisées, mais il est possible d'acheter des batteries pour 25, 36 et 60 volts.
Application des batteries au ferrophosphate
Le rôle des batteries dans cette chimie est clair sans commentaire. Les prismes sont utilisés à des fins différentes - batteries LiFePO4 3, 2 v. Les cellules plus grandes sont utilisées comme éléments de systèmes tampons pour l'énergie solaire et les éoliennes. Les batteries au ferrophosphate sont activement utilisées dans la construction de véhicules électriques.
Les petites piles plates sont utilisées pour les téléphones, les ordinateurs portables et les tablettes PC. Des batteries cylindriques de différents facteurs de forme sont utilisées pour les pistolets airsoft, les cigarettes électroniques, les modèles radiocommandés, etc.
