باتری فسفات آهن لیتیوم نوعی باتری یون لیتیوم است که از لیتیوم آهن فسفات (Lifepo₄) به عنوان ماده الکترود مثبت و کربن (معمولاً گرافیت) به عنوان ماده الکترود منفی استفاده می کند. در زیر مقدمه مفصلی در مورد باتری فسفات آهن لیتیوم است:
I. تعریف و ساختار
تعریف: باتری فسفات آهن لیتیوم یک ماده معدنی است ، فرمول شیمیایی LifePO4 است ، جایی که Li+ نمایانگر یون لیتیوم فلزی است ، آهن آهن را نشان می دهد ، PO4²⁻ نشان دهنده یون فسفات است.
ساختار در سمت چپ باتری قطب مثبت ماده Lifepo₄ در ساختار الیوین قرار دارد. توسط فویل آلومینیومی به قطب مثبت باتری وصل شده است. در سمت راست الکترود منفی باتری تشکیل شده از کربن (گرافیت) است که به الکترود منفی باتری توسط فویل مس وصل می شود. در وسط یک دیافراگم پلیمری قرار دارد که الکترودهای مثبت و منفی را جدا می کند ، که از طریق آن یون های لیتیوم می توانند از آن عبور کنند اما الکترون ها نمی توانند. باتری پر از الکترولیت ها و در محفظه فلزی محصور شده است.
دوم ، اصل کار
بار و واکنش تخلیه باتری فسفات آهن لیتیوم بین مراحل LifePo₄ و FePo₄ انجام می شود.
در طی فرآیند شارژ ، بخشی از یونهای لیتیوم در فسفات آهن لیتیوم برداشته می شوند ، از طریق الکترولیت به الکترود منفی منتقل می شوند و در ماده کربن منفی تعبیه می شوند. در عین حال ، الکترون ها از الکترود مثبت آزاد می شوند و از مدار خارجی به الکترود منفی می رسند تا تعادل واکنش شیمیایی را حفظ کنند.
در طی فرآیند تخلیه ، خود الکترود یون لیتیوم از طریق الکترولیت به الکترود مثبت می رسد ، در حالی که الکترود منفی الکترون ها را آزاد می کند و از مدار خارجی به الکترود مثبت می رسد تا انرژی لازم را برای جهان خارج فراهم کند.
3. خصوصیات و مزایا
چگالی انرژی: باتری فسفات آهن لیتیوم از چگالی انرژی بالایی برخوردار است ، ولتاژ دارای امتیاز از باتری 3.2 ولت LifePO4 است و ولتاژ برش شارژ 3.65 ولت 3.6 ولت است. در سالهای اخیر ، با پیشرفت فناوری ، چگالی انرژی آن همچنان در حال افزایش است و برخی از تولید کنندگان باتری عالی توانسته اند به 175-180WH/کیلوگرم یا حتی بالاتر برسند.
عملکرد ایمنی: ماده کاتدی باتری فسفات لیتیوم آهن دارای عملکرد الکتروشیمیایی پایدار ، یک سکوی شارژ و تخلیه پایدار است و ساختار باتری در طی فرآیند شارژ و تخلیه تغییر نخواهد کرد ، بنابراین عملکرد ایمنی خوب است. ایمنی بالا حتی در شرایط خاص مانند مدار کوتاه ، شارژ بیش از حد ، اکستروژن و سوزن قابل نگهداری است.
عمر چرخه: عمر چرخه باتری های فسفات آهن لیتیوم طولانی است و عمر چرخه 1C به طور کلی 2000 برابر یا حتی بیش از 3500 بار است. برای بازار ذخیره انرژی ، لازم است به بیش از 4000-5000 بار برسد و عمر خدمات 8-10 سال را تضمین کند.
مزایای دیگر: ولتاژ عملیاتی متوسط ، ظرفیت قدرت زیاد در هر واحد وزن ، قدرت تخلیه بالا ، شارژ سریع ، دامنه دمای گسترده (از جمله عملکرد خوب تخلیه دمای پایین و پایداری دمای بالا).
4. قسمت برنامه
به دلیل عملکرد عالی ، باتری های فسفات آهن لیتیوم به طور گسترده در بسیاری از زمینه ها ، به ویژه در زمینه وسایل نقلیه انرژی جدید مانند وسایل نقلیه برقی ، دوچرخه برقی ، ابزارهای برق و غیره مورد استفاده قرار می گیرند. علاوه بر این ، همچنین در سیستم های ذخیره انرژی ، منابع قابل حمل نیروگاه و سایر زمینه ها به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد.
5- فرآیند سنتز
فرآیند سنتز باتری لیتیوم لیتیوم آهن فسفات در اصل بهبود یافته است ، که به طور عمده به روش فاز جامد و روش فاز مایع تقسیم می شود. در میان آنها ، روش واکنش فاز جامد با دمای بالا متداول ترین است ، و محققانی وجود دارند که روش سنتز مایکروویو را در روش فاز جامد با روش سنتز هیدروترمال در روش فاز مایع ، یعنی روش هیدروترمال مایکروویو ترکیب می کنند. علاوه بر این ، این روش همچنین شامل روش بیونیک ، روش خشک کردن خنک کننده ، روش خشک کردن امولسیون ، روش رسوب لیزر پالس و غیره است. با انتخاب روش سنتز مناسب ، محصول با اندازه ذرات کوچک و عملکرد پراکندگی خوب می تواند سنتز شود ، تا به طور مؤثر عملکرد باتری را بهبود بخشد.
به طور خلاصه ، باتری لیتیوم آهن فسفات نوعی باتری لیتیوم یون با عملکرد عالی و کاربرد گسترده است. با پیشرفت مداوم فناوری و گسترش مداوم بازار ، چشم انداز توسعه آینده آن بسیار گسترده است.
