Cesko.wiki Lithium-železo-fosfátový akumulátor
Author
Albert FloresLithium-železo-fosfátový (LiFePO4) akumulátor (také označovaný „LFP“) je druh akumulátoru s pevným elektrolytem, konkrétně lithium-iontového, který používá jako katodového materiálu LiFePO4.
Historie
LiFePO4 objevil John Goodenough z výzkumné skupiny na Texaské univerzitě v roce 1996 jako vhodný katodový materiál pro dobíjecí lithiové baterie. +more Brzy vzbudil zájem trhu vzhledem k nízké výrobní ceně, netoxicitě, dostupnosti železa, vynikající tepelné stabilitě, bezpečnostním vlastnostem, dobrému elektrochemickému výkonu a vysoké specifické kapacitě (170 mAh/g).
Hlavní bariéra pro širší komerční využití byla nízká vnitřní vodivost. Tento problém byl vyřešen mimo jiné (snížením velikosti částic) potažením LiFePO4 částic vodivými materiály jako např. +more uhlíkem a částečně využitím takzvaných dopovaných polovodičů (extrémně čistých). Konkrétně se používají postupy dopování a nauhličování vyvinuté panem Yet-Ming Chiang a jeho spolupracovníky na MIT za použití kationtů materiálů jako hliníku, niobu a zirkonia. Později se ukázalo, že většiny zlepšení vodivosti se dosáhlo přítomností nanoskopických jader odvozených z organického uhlíku. Uvedené materiály jsou vyráběny v podniku A123Systems a jsou dále zpracovávány společnostmi jako Black and Decker, DeWalt, General Motors, Chevrolet Volt, Daimler AG, Cessna a BAE Systems.
Výhody a nevýhody
V LiFePO4 bateriích se využívá chemických reakcí s Lithiem a sdílí mnoho vlastností s rozšířenými lithium iontovými bateriemi (akumulátory).
Výhody
Mezi klíčové výhody LiFePO4 je bezpečnost (odolnost proti tepelným únikům) a schopnost dodávat vysoký proud při špičkových odběrech. Tvrdí se, že nižší náklady jsou hlavním rozdílem, ale v současné době (duben 2009) lze na trhu najít převážně baterie vyráběné v Číně, což se promítá do ceny náklady na dopravu a vysokou poptávkou.
Nevýhody
# Uváděná energetická kapacita nové LFP baterie je o něco nižší než u nových LiCoO2 baterií. Výrobci baterií na celém světě v současné době pracují na nalezení způsobů, jak maximalizovat výkon a energetickou kapacitu, snížit velikost a hmotnost. +more # U zcela nových LFP bylo zjištěno, že předčasně selžou, pokud jsou "hluboko cyklovány" (vybity pod úroveň 33%). Pauza po 20 nabíjecích cyklech je v současné době doporučována některými distributory. (březen 2009) # Rychlé nabíjení zkrátí životnost lithium-iontové baterie (včetně LFP) v porovnání s tradičním neustálým dobíjením (trickle charging). (březen 2009) # Rezervy lithia jsou odhadovány na 30000 tun v roce 2015 .
Zatímco články využívající LiFePO4 mají nižší napětí a energetickou hustotu v porovnání s obvyklými LiCoO2 Lithium-iontovými akumulátory, tato nevýhoda je časem vykompenzována pomalejším snižováním maximální kapacity. [url=http://www. +morebatteryuniversity. com/parttwo-34. htm]How to prolong lithium-based batteries[/url] ". The speed by which lithium-ion ages is governed by temperature and state-of-charge. Figure 1 illustrates the capacity loss as a function of these two parameters.
25 °C...[100% State of charge]...80% after 1 year
40 °C...[100% State of charge]...65% after 1 year ..."
Specifikace
Napětí článku = minimální vybíjecí napětí = 2,8 V. Pracovní napětí = 3,0 V až 3,3 V. +more Maximální nabíjecí napětí = 3,6 V. * Volumetrická (objemová) energetická hustota = 220 Wh/L * Gravimetrická energetická hustota = 90+ Wh/kg [https://web. archive. org/web/20081118042113/http://jcwinnie. biz/wordpress/. p=2823] * Cyklů do 80% stavu kapacity při hlubokém vybíjení (na úroveň vybití 100%)= 2000 - 7000 (Počet cyklů do degradace baterie na 80 % její původní udávané kapacity) [https://web. archive. org/web/20090621103958/http://www. a123systems. com/technology/life] * Složení katody (hmotnost) ** 90 % katoda-LiFePO4 ** 5 % Uhlík EBN-10-10 ** 5 % PVDF * Konfigurace článku ** 15 Uhlíkem potažených hliníkových kolektorů ** 1. 54 cm2 katoda ** elektrolyt: EC-DMC 1-1 LiClO4 1M ** anoda: lithium * Experimentální podmínky: ** Pokojová teplota ** Limitní napětí: 2,5 - 4,2 V ** Nabíjení: C/4 až k 4,2 V, potom potenciostaticky na 4,2 V až do I < C/24.
Bezpečnost
LiFePO4 je podstatně bezpečnější katodový materiál než LiCoO2. Fe-P-O vazba je silnější než Co-O. +more V případě zkratů, přehřátí a jiných nesprávných způsobech využití, je výrazně těžší odstranit kyslíkové atomy. Tato stabilizace redoxní reakce také napomáhá rychlému přemísťování iontů. K havárii dochází teprve při extrémním přehřátí (800 °C a výše). [https://web. archive. org/web/20080414212317/http://www. valence. com/technology/safety_video. html].
Při přemísťování lithia z katody u LiCoO2 článku, CoO2 prochází nelineární expanzi, která ovlivňuje strukturální integritu článku. Plně lithiovaný a nelithiovaný stav LiFePO4 jsou strukturálně podobné, z čehož vyplývá lepší strukturální stabilita LiFePO4 než mají LiCoO2.
U plně nabitého akumulátoru s LiFePO4 nezůstává žádné lithium na katodě - u akumulátoru s LiCoO2 zůstává okolo 50% v katodě. LiFePO4 je vysoce houževnatý při ztrátě kyslíku, která ústí v exotermickou reakci u jiných typů lithiových akumulátorů.
Využití
Společnost Lithium Technology oznámila v květnu 2007, že vyvinula novou lithium-iontovou baterii vhodnou k pohonu hybridních automobilů. Ve své zprávě tvrdili, že se ". +more jedná o největší články svého druhu na světě. ". Ačkoliv LFP články mohou být (kapacitně) dostačující pro tyto účely, zůstávají jistá omezení, která hovoří proti takovému využití. Vizte sekci výhody a nevýhody výše.
ThunderSky LiFePO4 akumulátory se stávají populární mezi modeláři, kteří jich používají k elektrickému pohonu, z důvodu relativní dostupnosti a rozšiřující se nabídce.
Tento akumulátor je použit v elektrickém automobilu vyráběném firmou Aptera.
Tento typ akumulátoru je využit v projektu Jeden laptop na dítě (zkratka anglického One Laptop per Child je OLPC) LiFePO4 used in OLPC nytimes.com.
Akumulátory v projektu OLPC jsou vyráběny společností BYD v Shenzhenu, Číně. BYD, vyrábějící také automobily, plánuje využití lithium-železo-fosfátových baterií k pohonu svých PHEV, F3DM a F6DM (hybridní automobily, dvojí pohon), které budou prvními komerčními elektrickými automobily s dvojím pohonem na světě. +more BYD plánuje zahájit sériovou výrobu v roce 2009.