Čo je to lítium-železofosfátová batéria?

Lítium-železofosfátová batéria je lítium-iónová batéria s lítium-železnatým fosfátom (LiFePO4) ako katódovým materiálom a uhlíkom ako katódovým materiálom. Menovité napätie jednej batérie je 3,2 V a vypínacie napätie nabíjania je 3,6 V ~ 3,65 V.
Počas procesu nabíjania niektoré lítne ióny fosforečnanu lítneho uniknú a elektrolytická hmota sa prenesie na katódu a vloží sa do uhlíkového materiálu. Súčasne sa elektróny uvoľňujú z anódy a prichádzajú z vonkajšieho okruhu, aby sa udržala rovnováha chemickej reakcie. V procese vybíjania lítiové ióny unikajú magnetickou silou, prichádzajú cez elektrolytickú hmotu, uvoľňujú sa v rovnakom čase, dostávajú sa do vonkajšieho okruhu a poskytujú energiu von.

Lítium železofosfátová batéria má výhody vysokého pracovného napätia, vysokej hustoty energie, dlhej životnosti cyklu, dobrej bezpečnosti, nízkej rýchlosti samovybíjania a žiadnej pamäte.
V kryštálovej štruktúre sú atómy kyslíka tesne usporiadané do šiestich znakov. PO43 štvorsten a FeO6 tvoria priestorovú kostru kryštálu, Li a Fe zaberajú oktaedrónovú medzeru, P zaberá štvorstennú medzeru, kde Fe zaujíma ko uhlovú polohu a Li zaujíma kovariantnú polohu. FeO6 je navzájom prepojený na rovine BC kryštálu a oktaedrická štruktúra LiO6 v smere osi B je vzájomne prepojená do reťazovej štruktúry. Jeden štvorsten FeO6, dva LiO6 a jeden PO43.

Celková sieť FeO6 je nespojitá, takže nemôže vytvárať vodivosť. Na druhej strane štvorsten PO43 obmedzuje zmenu objemu mriežky a ovplyvňuje abláciu a difúziu Li, čo vedie k extrémne nízkej elektrónovej vodivosti a účinnosti difúzie iónov katódového materiálu.

Teoreticky má batéria vysokú kapacitu (asi 170mAh/g) a vybíjacia platforma je 3,4V. Li sa pohybuje tam a späť medzi nabíjaním a vybíjaním. Počas nabíjania dochádza k oxidačnej reakcii a Li uniká. Elektrolytická látka je uložená v katóde a železo sa premieňa z Fe2 na Fe3 a dochádza k oxidačnej reakcii.

Aké sú štrukturálne vlastnosti lítium-železofosfátovej batérie?

Ľavá strana lítium-železofosfátovej batérie je vyrobená z olivínu, ktorý je s batériou spojený hliníkovou fóliou. Vpravo je katóda batérie zložená z uhlíka (grafitu), ktorá je spojená medenou fóliou a katódou batérie. V strede je membrána separovaného polyméru. Lítium môže prechádzať cez membránu, nie cez membránu. Vnútro batérie je naplnené elektrolytickou látkou a batéria je utesnená kovovým plášťom.

Aký je princíp nabíjania a vybíjania batérie?

Reakcia nabíjania a vybíjania lítium-železofosfátovej batérie prebieha medzi LiFePo4 a FePO4. Počas nabíjania sa ióny oddelili od lítia z FePO4 a počas vybíjania lítiové ióny zabudovali FePO4 za vzniku LiFePo4.

Keď je batéria nabitá, lítiové ióny sa pohybujú z kryštálu fosforečnanu lítneho na povrch kryštálu, vstupujú do elektrolytickej látky pôsobením sily elektrického poľa, prechádzajú cez membránu a potom sa presúvajú na povrch grafitového kryštálu cez elektrolyt, a potom vložené do grafitovej mriežky. Na druhej strane zberač z medenej fólie prúdi cez vodič do zberača z hliníkovej fólie, cez oko, stĺpik batérie, vonkajší obvod, ucho ku katóde batérie a cez vodič ku grafitovej katóde. Rovnováha náboja katódy. Po odfázovaní lítnych iónov z fosforečnanu lítno-železitého sa fosforečnan lítno-železnatý premení na fosforečnan železitý.