Сонячне інтегроване вуличне світло з використанням літієвої залізної фосфатної батареї LiFePO4

Сонячне інтегроване вуличне світло з використанням літієвої фосфатної батареї LiFePO4

Літій-залізофосфатна батарея відноситься до літій-іонної батареї, яка використовує літій-залізофосфат як позитивний електродний матеріал. Катодні матеріали літій-іонних батарей в основному включають оксид кобальту літію, марганець літію, нікетат літію, тернарні матеріали та фосфат літію. Серед них оксид кобальту літію в даний час є катодним матеріалом, який використовується в більшості літій-іонних батарей.

LiFePO4 використовується як позитивний електрод батареї, який з'єднаний з позитивним електродом батареї алюмінієвою фольгою. Посередині знаходиться полімерний сепаратор, який відокремлює позитивний електрод від негативного електрода, але літій-іон Li може пройти, але електрон e- не може пройти. Права сторона складається з вуглецю (графіту). Негативний електрод батареї підключається до негативного електрода батареї мідною фольгою. Між верхнім і нижнім кінцями батареї знаходиться електроліт батареї, а акумулятор герметично запечатується металевим корпусом.

Коли акумулятор LiFePO4 заряджений, іонний літій Li в позитивному електроді мігрує на негативний електрод через полімерний сепаратор; в процесі розряду літій-іон Li в негативному електроді мігрує на позитивний електрод через сепаратор. Літій-іонні батареї названі на честь іонів літію, які рухаються туди-сюди під час зарядки та розрядки.

Головна вистава

Номінальна напруга батареї LiFePO4 - 3,2В, кінцева напруга зарядки - 3,6 В, а кінцева напруга розряду - 2,0 В. Завдяки різній якості і майстерності позитивних і негативних матеріалів і електролітних матеріалів, що використовуються різними виробниками, будуть деякі відмінності в їх продуктивності. Наприклад, ємність акумулятора однієї і тієї ж моделі (стандартний акумулятор в одній упаковці) досить різна (10%-20%).

Тут я хочу пояснити, що літій-залізофосфатні силові батареї, вироблені різними заводами, мають деякі відмінності в різних параметрах продуктивності; Крім того, деяка продуктивність акумулятора не вказана, наприклад, внутрішній опір акумулятора, швидкість саморозряду, температура заряду та розряду тощо.

Існують великі відмінності в ємності літієвих фосфатних силових батарей, які можна розділити на три категорії: невеликі від декількох до декількох міліампер, середньомасштабні десятки міліампер-годин і великомасштабні сотні міліампер-годин. Аналогічні параметри різних типів акумуляторів також мають деякі відмінності.

Над розрядом до нульової напруги випробування:

STL18650 (1100mAh) літій-залізофосфатна батарея була використана для перепричепу до нульової напруги випробування. Умови випробувань: Повністю зарядіть акумулятор STL18650 ємністю 1100 мАг з частотою заряду 0,5C, а потім розрядіть з швидкістю розряду 1,0C, поки напруга акумулятора не 0C. Потім розділіть батареї 0В на дві групи: одна група зберігається протягом 7 днів, інша група зберігається протягом 30 днів; після закінчення терміну зберігання батареї повністю заряджаються зі швидкістю зарядки 0,5C, а потім розряджаються при 1,0C. Нарешті, порівняйте різницю між двома періодами зберігання з нульовою напругою.

Результат тесту полягає в тому, що батарея не має витоку після 7 днів зберігання при нульовій напрузі, з хорошою продуктивністю, а ємність становить 100%; після зберігання протягом 30 днів немає витоку, з хорошою продуктивністю, а ємність становить 98%; батарея після 30 днів зберігання піддається 3 циклам заряду-розряду. Потужність повернулася на 100%.

Цей тест показує, що навіть якщо літій-залізофосфатна батарея перевантажується (навіть до 0В) і зберігається протягом певного періоду часу, акумулятор не буде протікати або бути пошкодженим. Це характерно, що у інших видів літій-іонних батарей немає.

Переваги літій-залізофосфатної батареї

1. Підвищення показників безпеки

Зв'язок P-O в кристалі фосфату літієвого заліза стабільний і важко розкладається. Навіть при високій температурі або переплаті він не буде руйнуватися і генерувати тепло, як оксид кобальту літію або утворювати сильні окислювальні речовини, тому він має хорошу безпеку. У доповіді зазначалося, що в фактичній роботі невелика частина зразків була виявлена, щоб згоріти в акупунктурі або експериментах з коротким замиканням, але ніякого вибуху не відбулося. В експерименті з перезарядки використовувалася високовольтна зарядка, яка була в кілька разів вище напруги саморозряду, і було встановлено, що все ще існує явище вибуху. Тим не менш, його безпека переплати була значно покращена в порівнянні зі звичайними рідкими електролітними літієвими кобальтовими батареями.

2. Поліпшення тривалості життя

Літій-залізофосфатна батарея відноситься до літій-іонної батареї, яка використовує літій-залізофосфат як позитивний електродний матеріал.

Термін служби циклу довгої свинцево-кислотної батареї становить близько 300 разів, а найвищий - 500 разів, в той час як термін служби циклу літій-залізофосфатної батареї більше 2000 разів, а стандартний заряд (5 годинний тариф) використання може досягати 2000 разів. Свинцево-кислотні батареї такої ж якості - це «нові півроку, півроку і півроку на технічне обслуговування», що становить не більше 1-1,5 року, в той час як літій-залізофосфатна батарея використовується в тих же умовах, а теоретичний термін служби досягне від 7 до 8 років. З огляду на комплексне, співвідношення продуктивності і ціни теоретично більш ніж в 4 рази більше, ніж свинцево-кислотних батарей. Розряди високого струму можуть швидко заряджатися і розряджатися високим струмом 2С. За допомогою спеціального зарядного пристрій акумулятор може бути повністю заряджений протягом 40 хвилин після зарядки 1,5C, а пусковий струм може досягати 2С, але свинцево-кислотні батареї не мають такої продуктивності.

3. Хороші високотемпературні показники

Пік електричного нагрівання фосфату літієвого заліза може досягати 350°C-500°C, в той час як марганат літію і кобальтат літію - лише близько 200°C. Широкий діапазон робочих температур (-20C-75C), з високою температурною стійкістю, пік електричного нагрівання літієвого заліза фосфат може досягати 350°C-500°C, в той час як марганат літію і кобальтат літію - лише близько 200°C.

4. Велика ємність

Ємність акумулятора швидко впаде нижче номінального значення ємності, коли акумулятор завжди повністю заряджений і не розряджений. Це явище називається ефектом пам'яті. Як і ni-MH і Ni-Cd батареї, є пам'ять, але літій-залізофосфатні батареї не мають цього явища. Незалежно від того, в якому стані знаходиться акумулятор, його можна заряджати та використовувати в будь-який час без необхідності розряджати його перед заряджанням.

6. Невелика вага

Обсяг літій-залізофосфатної батареї такої ж специфікації і ємності становить 2/3 від обсягу свинцево-кислотної батареї, а вага - 1/3 свинцево-кислотної батареї.

7. Охорона навколишнього середовища

Літій-залізофосфатні батареї, як правило, вважаються вільними від будь-яких важких металів і рідкісних металів (нікель-воднева батарея вимагає рідкісних металів), нетоксичних (сертифікована SGS), що не забруднюють навколишнє середовище, відповідно до європейських правил RoHS, і абсолютний сертифікат зеленої батареї.

Недоліки літій-залізофосфатних батарей

Чи має матеріал потенціал розробки додатків, крім того, щоб звернути увагу на його переваги, тим більш важливим є те, чи має матеріал фундаментальні дефекти.

1. У процесі спікання під час приготування фосфату літієвого заліза оксид заліза може бути зведений до елементарного заліза в атмосфері, що знижує високу температуру. Елементарне залізо може викликати мікро-коротке замикання батареї, яка є найбільш табуйованою речовиною в акумуляторі. Це також є основною причиною, чому Японія не використовувала цей матеріал як позитивний електродний матеріал для літій-іонних батарей силового типу.

2. Фосфат літієвого заліза має деякі дефекти продуктивності, такі як низька щільність крана і щільність ущільнення, що призводить до низької щільності енергії літій-іонних батарей. Низька продуктивність температури погана, навіть якщо вона нанометризована і покрита вуглецем, ця проблема не вирішена. Коли доктор Дон Хіллебранд, директор Центру систем зберігання енергії Аргонської національної лабораторії, розповів про низькотемпературні показники літій-залізофосфатних батарей, він описав це як жахливе. Результати випробувань на літій-залізофосфатних літій-іонних батареях показали, що літій-залізофосфатні батареї знаходяться при низьких температурах. (нижче 0°в) Неможливо керувати електромобілем. Хоча деякі виробники стверджують, що продуктивність утримання літій-залізофосфатних батарей хороша при низьких температурах, тобто коли струм розряду невеликий, а напруга відключення розряду дуже низька. У цьому випадку пристрій не може почати працювати взагалі.

3. Вартість підготовки матеріалу і виробнича вартість батареї відносно високі, вихід батареї низький, а консистенція погана. Хоча нанометризація і вуглецеве покриття фосфату літієвого заліза покращують електрохімічні характеристики матеріалу, це також приносить інші проблеми, такі як зниження щільності енергії, збільшення вартості синтезу, низькі показники обробки електродів і суворі екологічні вимоги. Хоча хімічні елементи Li, Fe і P в літієвому залізофосфат рясніють і вартість низька, вартість приготованого продукту літій-залізофосфату не низька. Навіть якщо попередні витрати на дослідження і розробки будуть зняті, вартість процесу матеріалу вище. Вартість підготовки батареї зробить кінцеву одиницю накопичувача енергії вище.

4. Погана консистенція продукту. В даний час в Китаї немає фабрики фосфатних літієвого заліза, здатних вирішити цю проблему. З точки зору підготовки матеріалу, реакція синтезу фосфату літієвого заліза є складною багатофазною реакцією, включаючи твердофазні фосфати, оксиди заліза і солі літію, а також попередники вуглецю і скорочення газових фаз. У цьому складному процесі реакції важко забезпечити послідовність реакції.

5. Питання інтелектуальної власності. В даний час основний патент на фосфат літієвого заліза належить Техаському університету, в той час як патент на вуглецеве покриття наноситься канадцями. Ці два основних патенти не можна обійти. Якщо роялті будуть включені у вартість, вартість продукту буде додатково збільшена.