Μια μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου είναι ένας τύπος μπαταρίας ιόντων λιθίου που χρησιμοποιεί φωσφορικό σίδηρο λιθίου (LifePo₄) ως θετικό υλικό ηλεκτροδίου και άνθρακα (συνήθως γραφίτη) ως αρνητικό υλικό ηλεκτροδίου. Τα παρακάτω είναι μια λεπτομερής εισαγωγή στην μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου:
I. Ορισμός και δομή
Ορισμός: Η μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου είναι μια ανόργανη ουσία, ο χημικός τύπος είναι LIFEPO4, όπου το Li+ αντιπροσωπεύει το μεταλλικό ιόν λιθίου, το Fe αντιπροσωπεύει το IROR, PO4²⁻ αντιπροσωπεύει φωσφορικό ιόν.
Δομή. Στα αριστερά της μπαταρίας υπάρχει ο θετικός πόλος του υλικού LifePo₄ στη δομή της ολιβίνης. Συνδέεται με τον θετικό πόλο της μπαταρίας με αλουμινόχαρτο. Στα δεξιά είναι το αρνητικό ηλεκτρόδιο της μπαταρίας που αποτελείται από άνθρακα (γραφίτη), το οποίο συνδέεται με το αρνητικό ηλεκτρόδιο της μπαταρίας με φύλλο χαλκού. Στη μέση είναι ένα διάφραγμα πολυμερούς, το οποίο χωρίζει τα θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια, μέσω των οποίων τα ιόντα λιθίου μπορούν να περάσουν, αλλά τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν. Η μπαταρία είναι γεμάτη με ηλεκτρολύτες και περικλείεται σε μεταλλικό περίβλημα.
Δεύτερον, η αρχή λειτουργίας
Η αντίδραση φορτίου και εκφόρτισης της μπαταρίας φωσφορικού σιδήρου λιθίου πραγματοποιείται μεταξύ των φάσεων LifePo₄ και FePo₄.
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φόρτισης, μέρος των ιόντων λιθίου στο φωσφορικό σιδήρου λιθίου αφαιρούνται, μεταφέρονται στο αρνητικό ηλεκτρόδιο μέσω του ηλεκτρολύτη και ενσωματωμένα στο αρνητικό υλικό άνθρακα. Ταυτόχρονα, τα ηλεκτρόνια απελευθερώνονται από το θετικό ηλεκτρόδιο και φτάνουν στο αρνητικό ηλεκτρόδιο από το εξωτερικό κύκλωμα για να διατηρήσουν την ισορροπία της χημικής αντίδρασης.
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εκφόρτισης, το αυτο-ηλεκτρόδιο ιόντων λιθίου εξέρχεται και φτάνει στο θετικό ηλεκτρόδιο μέσω του ηλεκτρολύτη, ενώ το αρνητικό ηλεκτρόδιο απελευθερώνει ηλεκτρόνια και φτάνει στο θετικό ηλεκτρόδιο από το εξωτερικό κύκλωμα για να παρέχει ενέργεια για τον έξω κόσμο.
3. Χαρακτηριστικά και πλεονεκτήματα
Πυκνότητα ενέργειας: Η μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου έχει υψηλή πυκνότητα ενέργειας, η ονομαστική τάση του ενιαίου είναι η μπαταρία LifePo4 3.2V και η τάση αποκοπής φόρτισης είναι 3.6V ~ 3.65V. Τα τελευταία χρόνια, με την πρόοδο της τεχνολογίας, η ενεργειακή πυκνότητα της συνεχίζει να αυξάνεται και ορισμένοι εξαιρετικοί κατασκευαστές μπαταριών μπόρεσαν να επιτύχουν 175-180Wh/kg ή ακόμα υψηλότερα.
Απόδοση ασφαλείας: Το υλικό καθόδου της μπαταρίας φωσφορικού σιδήρου λιθίου έχει σταθερή ηλεκτροχημική απόδοση, σταθερή πλατφόρμα φόρτισης και εκφόρτισης και η δομή της μπαταρίας δεν θα αλλάξει κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φόρτισης και εκφόρτισης, οπότε η απόδοση της ασφάλειας είναι καλή. Η υψηλή ασφάλεια μπορεί να διατηρηθεί ακόμη και υπό ειδικές συνθήκες όπως βραχυκύκλωμα, υπερβολική χρέωση, εξώθηση και βελόνα.
Η διάρκεια ζωής του κύκλου: Η διάρκεια ζωής των μπαταριών φωσφορικού σιδήρου λιθίου είναι μεγάλη και η διάρκεια ζωής του κύκλου 1C είναι γενικά 2.000 φορές, ή ακόμα και πάνω από 3.500 φορές. Για την αγορά αποθήκευσης ενέργειας, απαιτείται να φτάσει πάνω από 4000-5000 φορές και να εξασφαλίσει διάρκεια ζωής 8-10 ετών.
Άλλα πλεονεκτήματα: Μέτρια τάση λειτουργίας, μεγάλη χωρητικότητα ισχύος ανά μονάδα βάρους, υψηλή ισχύ εκφόρτισης, γρήγορη φόρτιση, ευρύ φάσμα θερμοκρασίας λειτουργίας (συμπεριλαμβανομένης της καλής απόδοσης εκφόρτισης χαμηλής θερμοκρασίας και σταθερότητας υψηλής θερμοκρασίας).
4. Πεδίο εφαρμογής
Λόγω της εξαιρετικής απόδοσής του, οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλούς τομείς, ειδικά στον τομέα των νέων ενεργειακών οχημάτων, όπως ηλεκτρικά οχήματα, ηλεκτρικά ποδήλατα, ηλεκτρικά εργαλεία και ούτω καθεξής. Επιπλέον, χρησιμοποιείται επίσης ευρέως σε συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, φορητές προμήθειες σταθμού και άλλα πεδία.
5. διαδικασία σύνθεσης
Η διαδικασία σύνθεσης της μπαταρίας λιθίου σίδηρο λιθίου έχει βελτιωθεί βασικά, η οποία χωρίζεται κυρίως σε μέθοδο στερεάς φάσης και μέθοδο υγρής φάσης. Μεταξύ αυτών, η μέθοδος αντίδρασης στερεάς φάσης υψηλής θερμοκρασίας είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη και υπάρχουν ερευνητές που συνδυάζουν τη μέθοδο σύνθεσης μικροκυμάτων στη μέθοδο στερεάς φάσης με τη μέθοδο υδροθερμικής σύνθεσης στη μέθοδο υγρής φάσης, δηλαδή την υδροθερμική μέθοδο μικροκυμάτων. Επιπλέον, περιλαμβάνει επίσης τη μέθοδο Bionic, τη μέθοδο ξήρανσης ψύξης, τη μέθοδο ξήρανσης γαλακτώματος, τη μέθοδο εναπόθεσης λέιζερ παλμού και ούτω καθεξής. Επιλέγοντας την κατάλληλη μέθοδο σύνθεσης, το προϊόν με μικρό μέγεθος σωματιδίων και καλή απόδοση διασποράς μπορεί να συντεθεί, έτσι ώστε να βελτιωθεί αποτελεσματικά η απόδοση της μπαταρίας.
Συνοπτικά, η μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου είναι ένα είδος μπαταρίας ιόντων λιθίου με εξαιρετική απόδοση και ευρεία εφαρμογή. Με τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας και τη συνεχή επέκταση της αγοράς, οι μελλοντικές αναπτυξιακές της προοπτικές είναι πολύ ευρείες.
