1. Специфікація літій-залізо-фосфатних (LiFePO4) акумуляторів:
2. Трохи історії про LiFePO4
3. Реальність придбання LiFePO4 в Україні

Літій-залізо-фосфатні акумулятори (Lithium Iron Phosphate, LiFePO4, LFP) знаходять все більше застосування в сфері сучасної електротехніки. LiFePO4 акумулятори , Створювані на основі нанофосфатной технології - нова досконала розробка, яка встигла за досить короткий проміжок часу випередити за показниками працездатності інші типи літій-іонних АКБ. Їх головна перевага - рекордний цикл життя, високий ККД (94%), пожежна безпека, швидкий заряд і надійність роботи.
Потужні високопродуктивні джерела живлення стали реальністю. LiFePO4 акумулятори значно менше і легше більшості типів акумуляторних батарей, а також здатні накопичувати значно більшу кількість енергії. Дані лабораторних випробувань показали до 5000 циклів заряд / розрядного процесу LiFePO4 акумуляторів при 70% розрядах. Ряд переваг літій-залізо-фосфатного акумуляторної технології стали відправною точкою її поширеності й популярності в світі. Сьогодні ці батареї забезпечують високу енергетичну щільність, тобто дозволяють зберігати величезну кількість енергії на одиницю маси.

Літій-залізо-фосфатні батареї є значно безпечнішими, ніж літій-іонні акумулятори, і мають набагато більш тривалий життєвий цикл, ніж традиційні акумуляторні батареї.

Специфікація літій-залізо-фосфатних (LiFePO4) акумуляторів:

1. Тривалий цикл життя: до 5000 циклів заряду / розряду.
2. Висока щільність енергії при малих розмірах і вазі (енергетична щільність приблизно на 40% менше літій-іонних акумуляторів; обсяг і вага акумуляторів в 2-4 рази менше аналогічних показників свинцево-кислотних батарей тієї ж потужності).
3. Високий рівень ефективності роботи.
4. Надійність.
5. Простота установки.
6. Відсутність необхідності в проведенні регулярного технічного обслуговування.
7. Висока швидкість перетворення енергії (на 15% вище, ніж у традиційних свинцево-кислотних батарей) - переваги енергозбереження очевидні.
8. Більш високий рівень безпеки експлуатації, ніж у будь-якій іншій технології літій-іонних батарей, низький ризик загоряння та вибуху в ситуації виникнення екстремальних умов (перегріву, короткого замикання і ін.)
9. Швидка підзарядка від електромережі: допускають високий струм заряду і розряду. Хороша продуктивність зарядно / розрядного процесу. Захист від надмірного розряду.
10. Відсутність «ефекту пам'яті».
11. Екологічно «чисті» технології виробництва: використовується при виробництві акумуляторів сировину екологічно безпечно (відсутні отруйні речовини, кислоти, важкі метали, при використанні акумуляторів виключено виділення шкідливих газів).
12. Гравіметрична щільність енергії: 90-190 Wh / kg
13. Густина енергії: 220 Wh / dm3
14. Напруга: мінімальна напруга розряду - 2,8 V, робоче (номінальне) напруга на елемент - 3.0 ~ 3.3 V, максимальна напруга заряду - 3,6 V, межі напруги - 2.0-3.65 V
15. Рекомендований зарядний струм: 0.5с
16. Максимальний струм зарядки: 3С
17. Рекомендований розрядний струм: 1С
18. Максимальний безперервний струм розряду: 3C (45А) -10C (150A)
19. Низький саморозряд: менше 2% в місяць
20. Кількість циклів заряд / розряду до втрати 20% від початкової ємності акумулятора: мінімум 2000.
21. Широкий діапазон робочих температур: від -10 ℃ до 60 ℃, холодна або спекотна погода практично не впливає на роботу LiFePO4 акумуляторів. Функціональна температура заряду: 0 ~ 45 ° C, функціональна температура розряду: 20 ~ 60 ° C. Температура зберігання: -20 ~ 45 ° C
22. Стійкість до вібрацій.
23. Катодний матеріал (склад): 90% С-LiFePO4, 5% вуглецю, 5% полівініліденфторид.
24. Анод: графіт або жорсткий вуглець з інтеркалірованних Мателл літію.
25. Електроліт: карбонат етилену - диметилкарбонат
26. Передбачається можливість паралельного з'єднання акумуляторних осередків в батарею для збільшення ємності, і послідовного з'єднання - для збільшення напруги.
27. LiFePO4 акумулятори практично не втрачають ємності при зберіганні. Зокрема, при зберіганні протягом 15 років в зарядженому стані при температурі 60⁰C спостерігається втрата ємності не більше ніж на 23%.

Через високий рівень термічної стабільності, безпеки, відсутність токсичності, позитивних електрохімічних характеристик, тривалого життєвого циклу і високої питомої потужності акумулятори цього типу знайшли застосування в сфері електротранспорту технологій. Літій-залізо-фосфатні акумулятори великої ємності, високої потужності і малої ваги сьогодні широко використовуються для харчування портативної електричної техніки, електроінструментів, електрообладнання інвалідних колясок, електровелосипедів, електроскутерів, електричних автомобілів і автобусів.

Головний недолік більшості видів традиційних акумуляторних батарей - це мале число циклів заряд / розряду, малий діапазон робочих температур, а також досить велика вага. LiFePO4 ж позбавлені всіх цих недоліків.

Досить нестандартна виробнича конструкція LiFePO4 вимагає застосування спеціальних професійних зарядних пристроїв. На відміну від свинцево-кислотних акумуляторів ряд LiFePO4 елементів, що з'єднуються в єдину акумуляторну батарею, не можуть врівноважувати один одного під час зарядного процесу. Правда, з точки зору "терпимості" до перезарядний процесу і рівнем безпеки роботи літій-залізо-фосфатні акумулятори схожі зі свинцево-кислотними батареями. Сучасні спеціалізовані зарядні пристрої забезпечують догляд і правильний заряд акумуляторних батарей, що сприяє максимальній продуктивності їх роботи, а також продовження терміну служби дорогого джерела електроживлення.

Свинцево-кислотна батарея являє собою водну систему. Питома ємність свинцю становить всього лише 44Ah / kg. навпаки, LiFePO4 батарея - це неводна система з питомою ємністю 145Ah / kg. Сьогодні ці акумулятори забезпечують високу енергетичну щільність, тобто дозволяють зберігати величезну кількість енергії на одиницю маси. Гравіметрична (питома) щільність енергії акумуляторів літій-залізо-фосфатного технології - 90 ~ 190 Wh / kg, що в чотири рази вище за аналогічний показник свинцево-кислотної батареї (35Wh / kg) або ж нікель-кадмієвих (40 Wh / kg). Кількість енергії, яку здатний зберігати акумулятор прямо залежить від використовуваного матеріалу електродів і розчину електроліту. Завдяки використанню високоякісних матеріалів в значній мірі вдалося підвищити енергетичну щільність LiFePO4 батарей.

LiFePO4 акумулятори так само, як і всі літієві батареї, не люблять глибоких циклів заряду / розряду. Більш того, постійний недозаряд і недоразряд для них тільки на користь. LiFePO4 батареї мають більш тривалий термін служби, ніж інші акумулятори літієвої технології. Літій-залізо-фосфатні батареї мають кращий «календар» життя: вони більш повільно втрачають ємність, ніж будь-який вид літій-іонних батарей (LiCoO2, LiMn2O4, літій-полімери). Втрата 20% ємності в акумуляторів цього типу спостерігається по завершенні, як мінімум, 2000. циклів заряду-розряду. При заряді / розряді струмом в 1С після 2000 циклів роботи залишається приблизно 80% від певоначальной ємності. Якщо повністю не розряджати акумулятори цього типу в нуль і не заряджати до кінця - вони зможуть прослужити досить тривалий час.

На відміну від інших типів літієвих батарей, літій-залізо-фосфатні акумулятори мають постійна напруга на виході. Під час розряду напруга залишається близьким до 3,2 V до моменту, поки заряд не буде вичерпаний повністю. Це дозволяє експлуатувати акумуляторні батареї практично на повну потужність, поки вони не розрядяться. Даний фактор дозволяє значно спростити або навіть усунути необхідність проведення регулювання напруга в системі.

Літій-залізо-фосфатні акумулятори зовсім не потребують обслуговування. При ідентичною ємності зі свинцево-кислотними батареями LiFePO4 важать значно менше. ККД LFP досягає рекордних 94%, що пояснюється, в першу чергу, малим внутрішнім опором.

У порівнянні з іншими літій-іонними джерелами енергії LiFePO4 батареям властива термічна і хімічна стабільність, яка є гарантією безпеки їх роботи. LiFePO4 за своєю природою є більш безпечним катодних матеріалом, ніж LiCoO2 і LiMn2O4. До того ж, зв'язок Fe - P - O сильніше Co - O зв'язку. LiFePO4 клітини стійкі до втрати кисню, який зазвичай призводить до екзотермічної реакції, що супроводжується виділенням теплоти в інших літієвих елементах.

LFP акумуляторні батареї здатні працювати при низьких температурах - при -20 ° C вони віддають більше 60% своєї ємності.
З екологічної точки зору літій-залізо-фосфатні джерела живлення значно безпечніше інших літій-іонних акумуляторних батарей через використання нетоксичних хімічних сполук.

Трохи історії про LiFePO4

Історія літій-залізо-фосфатного акумулятора налічує всього кілька десятиліть. Вперше використання перспективного матеріалу - фосфату літій заліза в якості катодного матеріалу для літієвих акумуляторних батарей було описано дослідником Техаського університету Джоном Гуденаф в 1996 році. Через порівняно низьку вартість, нетоксичність, змісту природного заліза, значною термостійкості, безпеки, високого рівня продуктивності літій-залізо-фосфатні акумулятори отримали світове визнання. Проблема низької електропровідності була вирішена покриттям часток LiFePO4 кулею проводять матеріалів - алюмінію, марганцю або титану. В подальшому технологія літій-залізо-фосфатних акумуляторів була вдосконалена професором Цзян Йе-Міном та іншими співробітниками Массачусетського технологічного інституту, поклавши основи їх промислового виробництва.

В даний час високоякісний LiFePO4 матеріал виготовляється за технологією одного з двох виробничих методів: жидкофазного, що дозволяє отримувати продукт з кращими характеристиками потужності, або ж трифазного, що дає продукт з кращими ємнісними характеристиками.

Реальність придбання LiFePO4 в Україні

Компанія «Електра» надає унікальну можливість придбання LiFePO4 акумуляторних батарей комплексної збірки «під ключ» досить широкого діапазону потужності і напруги зі спеціальних акумуляторних блокових осередків, так і окремої покупки пакета елементів, необхідних для самостійного конструювання літій-залізо-фосфатного батареї (осередків, конекторів , систем управління та балансування акумуляторів - ВMS). Як відомо, батарея являє собою вже готовий набір елементів - декілька осередків з'єднуються в збірну конструкцію: послідовне з'єднання сприяє зростанню напруги, а паралельне - збільшення ємності батареї. Оскільки напруга одноелементні LiFePO4 осередків одно 3,2V - для того, щоб зібрати 24V батарею, доведеться з'єднати 8 акумуляторних елементів (3.2 * 8 = 25.6V), 36V - 12 осередків, 48V - 16 осередків, 60V - 20 осередків відповідно.

При складанні батареї з одиничних елементів осередку з'єднуються між собою за допомогою спеціальних конекторів - сполучних пластин. Завдяки додатковому використанню керуючої електроніки (ВMS) забезпечується високий рівень безпеки кожного осередку в акумуляторної збірці, запобігає їх перезарядку, перевантаження по струму, перегрів, знижується ризик короткого замикання, розподіляється енергія між осередками і контролюється стан кожної з них. Регулюючи рівномірність розряду і заряду акумуляторних елементів, система управління і балансування (Battery Management System) запобігає передчасному виходу з ладу літій-залізо-фосфатного батареї.

Збирання LiFePO4 з окремих осередків має ту перевагу, що дозволяє створювати акумуляторні батареї тільки потрібних ємностей. Літій-залізо-фосфатні акумулятори (LFP) - це просто ідеальний варіант для комплектації такого виду електротранспорту, як електровелосипеди , Електроскутери, електромобілі, електромотоцикли, електрогольфкари, електронавантажувачі і електроавтобуси. При невеликих розмірах і малій вазі вони мають гарну здатністю навантаження.

Батареї, зібрані на базі LiFePO4 осередків, і розміщені в герметичному корпусі, можуть встановлюватися на багажник електровелосипеда і використовуватися для харчування його електроніки.

Майбутнє LiFePO4 воістину багатообіцяюче. Літій-залізо фосфатні батареї з тривалим терміном експлуатації і високим рівнем безпеки - це найперспективніший вид акумуляторів в області сучасного електротранспорту, що володіє хорошими, стабільними електрохімічними властивостями. LiFePO4 акумулятори дозволяють не тільки полегшити конструкцію електричного транспортного засобу, але і значно збільшити пробіг на одному заряді. Компактні літій-залізо-фосфатні акумулятори на сьогоднішній день є найпотужнішим типом батарей з найбільш довгим терміном служби.

Графік демонстрації рівня втрати ємності літій-залізо-фосфатного акумуляторної батареї при зберіганні протягом 15 років в повністю зарядженому стані при температурних умовах 60⁰C

Крива зарядки літій-залізо-фосфатного акумуляторної батареї