Solární integrované pouliční osvětlení s lithiovou železno fosfátovou baterií LiFePO4

Solární integrované pouliční osvětlení pomocí lithium-železofosfátové baterie LiFePO4

Lithium-železo fosfátová baterie odkazuje na lithium-iontovou baterii, která používá lithium-železo fosfát jako materiál kladné elektrody. Mezi katodové materiály lithium-iontových baterií patří především oxid lithný a kobaltnatý, manganát lithný, niklát lithný, ternární materiály a fosforečnan lithný a železnatý. Mezi nimi je v současnosti katodovým materiálem používaným ve většině lithium-iontových baterií oxid lithný a kobaltnatý.

Jako kladná elektroda baterie je použit LiFePO4, který je spojen s kladnou elektrodou baterie hliníkovou fólií. Uprostřed je separátor polymeru, který odděluje kladnou elektrodu od záporné elektrody, ale lithium-ion Li může projít, ale elektron e- nemůže projít. Pravá strana je vyrobena z karbonu (grafitu). Záporná elektroda baterie je spojena se zápornou elektrodou baterie měděnou fólií. Mezi horním a spodním koncem baterie je elektrolyt baterie a baterie je hermeticky uzavřena kovovým obalem.

Když je LiFePO4 baterie nabitá, lithium-ion Li v kladné elektrodě migruje na zápornou elektrodu přes separátor polymeru; během procesu vybíjení migruje lithium-ion Li v záporné elektrodě na kladnou elektrodu přes separátor. Lithium-iontové baterie jsou pojmenovány podle lithiových iontů, které se během nabíjení a vybíjení pohybují tam a zpět.

Hlavní výkon

Jmenovité napětí LiFePO4 baterie je 3,2 V, konečné nabíjecí napětí je 3,6 V a konečné vybíjecí napětí je 2.0V. Vzhledem k různé kvalitě a řemeslnému zpracování pozitivních a negativních materiálů a materiálů elektrolytů používaných různými výrobci, budou existovat určité rozdíly v jejich výkonu. Například kapacita baterie stejného modelu (standardní baterie ve stejném balení) je zcela odlišná (10 procent -20 procent).

Chci zde vysvětlit, že lithium-železofosfátové napájecí baterie vyráběné různými továrnami mají určité rozdíly v různých výkonnostních parametrech; navíc není uveden výkon některých baterií, jako je vnitřní odpor baterie, rychlost samo{0}}vybíjení, teplota nabíjení a vybíjení atd.

Existují velké rozdíly v kapacitě lithium-železofosfátových napájecích baterií, které lze rozdělit do tří kategorií: malé-měřítko několik až několik miliampérů, střední-měřítko desítky miliampérů- hodin a ve velkém-měřítku stovek miliampér-hodin. Podobné parametry různých typů baterií mají také určité rozdíly.

Test přebití na nulové napětí:

Lithium-železofosfátová napájecí baterie STL18650 (1100mAh) byla použita pro test přes-vybití na nulové napětí. Podmínky testu: Plně nabijte 11{{10}}0mAh baterii STL18650 rychlostí nabíjení 0,5C a poté ji vybijte rychlostí vybíjení 1,0C, dokud napětí baterie nedosáhne 0C. Poté rozdělte 0V baterie do dvou skupin: jedna skupina je skladována 7 dní, druhá skupina je skladována 30 dní; po uplynutí doby skladování se baterie plně nabijí rychlostí nabíjení 0,5 C a poté se vybijí při 1,0 C. Nakonec porovnejte rozdíl mezi dvěma-dobami uložení s nulovým napětím.

Výsledkem testu je, že baterie nevytéká po 7 dnech skladování při nulovém napětí, s dobrým výkonem a kapacita je 100 procent; po skladování po dobu 30 dnů nedochází k úniku, s dobrým výkonem a kapacita je 98 procent; baterie se po 30 dnech skladování podrobí 3 cyklům nabití-vybití. Kapacita se vrátila na 100 procent.

Tento test ukazuje, že i když je lithium-železofosfátová baterie nadměrně vybitá (dokonce i na 0 V) ​​a uložena po určitou dobu, baterie nevyteče ani se nepoškodí. To je vlastnost, kterou jiné typy lithium-iontových baterií nemají.

Výhody lithium-železo fosfátové baterie

1. Zlepšení výkonu v oblasti bezpečnosti

Vazba P-O v krystalu fosforečnanu lithného je stabilní a obtížně se rozkládá. Ani při vysoké teplotě nebo přebití se nezhroutí a nevytváří teplo jako oxid lithný kobaltnatý ani nevytváří silné oxidační látky, takže má dobrou bezpečnost. Zpráva poukázala na to, že při skutečném provozu bylo zjištěno, že malá část vzorků shořela při akupunktuře nebo pokusech se zkratem, ale nedošlo k žádné explozi. V experimentu s přebíjením bylo použito vysokonapěťové nabíjení, které bylo několikrát vyšší než samovybíjecí napětí, a bylo zjištěno, že stále dochází k jevu exploze. Přesto se jeho bezpečnost proti přebití výrazně zlepšila ve srovnání s běžnými lithiovými bateriemi s tekutým elektrolytem a oxidem kobaltu.

2. Zlepšení životnosti

Lithium-železo fosfátová baterie odkazuje na lithium-iontovou baterii, která používá lithium-železo fosfát jako materiál kladné elektrody.

The cycle life of a long-life lead-acid battery is about 300 times, and the highest is 500 times, while the cycle life of a lithium iron phosphate power battery is more than 2000 times, and the standard charge (5 hour rate) use can reach 2000 times. Lead-acid batteries of the same quality are "new half a year, half a year old, and half a year for maintenance", which is 1 to 1.5 years at most, while the lithium iron phosphate battery is used under the same conditions, and the theoretical life will reach 7 to 8 years. Considering comprehensively, the performance-price ratio is theoretically more than 4 times that of lead-acid batteries. High-current discharge can quickly charge and discharge high current 2C. With a dedicated charger, the battery can be fully charged within 40 minutes of 1.5C charging, and the starting current can reach 2C, but lead-acid batteries have no such performance.

3. Dobrý výkon při vysokých teplotách

Vrchol elektrického ohřevu fosforečnanu lithného může dosáhnout 350stupeň-500stupeň, zatímco manganátu lithného a kobaltátu lithného je pouze kolem 200stupeň. Široký rozsah provozních teplot (-20C-75C), s vysokou teplotní odolností, vrchol elektrického ohřevu s fosforečnanem lithným může dosáhnout 350stupeň-500stupeň, zatímco manganátu lithného a kobaltátu lithného je pouze kolem 200stupeň.

4. Velká kapacita

Kapacita baterie rychle klesne pod hodnotu jmenovité kapacity, pokud je baterie vždy plně nabitá a nevybitá. Tento jev se nazývá paměťový efekt. Stejně jako Ni{0}}MH a Ni{1}}Cd baterie má paměť, ale lithium-železofosfátové baterie tento jev nemají. Bez ohledu na to, v jakém stavu je baterie, lze ji nabíjet a používat kdykoli, aniž byste ji museli před nabíjením vybít.

6. Nízká hmotnost

Objem lithium-železo-fosfátové baterie stejné specifikace a kapacity je 2/3 objemu olověného-baterie a hmotnost je 1/3 olověné-baterie.

7. Ochrana životního prostředí

Lithium-železofosfátové baterie jsou obecně považovány za neobsahující žádné těžké kovy a vzácné kovy (niklová-vodíková baterie vyžaduje vzácné kovy), netoxické-(certifikováno SGS), ne- znečišťující v souladu s evropskými předpisy RoHS a certifikát absolutně zelené baterie.

Nevýhody lithium-železo fosfátových baterií

Bez ohledu na to, zda má materiál potenciál pro vývoj aplikací, je kromě toho, že je třeba věnovat pozornost jeho výhodám, důležitější věc, zda má materiál zásadní vady.

1. V procesu slinování během přípravy fosforečnanu lithného a železa může být oxid železa redukován na elementární železo ve vysokoteplotní redukční atmosféře. Elementární železo může způsobit mikro-zkrat baterie, což je nejvíce tabuizovaná látka v baterii. To je také hlavní důvod, proč Japonsko tento materiál nepoužívalo jako materiál kladné elektrody pro napájecí -lithium-iontové baterie.

2. Fosforečnan lithný má některé výkonnostní vady, jako je nízká hustota setřesu a hustota zhutnění, což má za následek nízkou hustotu energie lithium-iontových baterií. Nízkoteplotní výkon je špatný, i když je nanometrován a potažen uhlíkem, tento problém není vyřešen. Když Dr. Don Hillebrand, ředitel Centra pro ukládání energie v Argonne National Laboratory, hovořil o nízkoteplotním výkonu lithium-železofosfátových baterií, popsal to jako hrozné. Výsledky jejich testů na lithium-železo-fosfátových lithium-iontových bateriích ukázaly, že lithium-železo-fosfátové baterie mají nízké teploty. (Pod 0stupeňC) Není možné řídit elektromobil. Ačkoli někteří výrobci tvrdí, že kapacita lithium-železofosfátových baterií je dobrá při nízkých teplotách, to znamená, že vybíjecí proud je malý a vybíjecí-napětí je velmi nízké. V této situaci nemůže zařízení vůbec začít pracovat.

3. Náklady na přípravu materiálu a výrobní náklady baterie jsou relativně vysoké, výtěžnost baterie je nízká a konzistence je špatná. Přestože nanometrizace a uhlíkový povlak fosforečnanu lithného zlepšují elektrochemický výkon materiálu, přináší také další problémy, jako je snížení hustoty energie, zvýšení nákladů na syntézu, špatný výkon při zpracování elektrod a náročné požadavky na životní prostředí. Ačkoli jsou chemické prvky Li, Fe a P ve fosforečnanu lithno-železitém hojné a náklady jsou nízké, cena připraveného produktu fosforečnanu lithno-železitého není nízká. I když se odstraní předchozí náklady na výzkum a vývoj, procesní náklady na materiál jsou vyšší. Náklady na přípravu baterie zvýší konečné jednotkové náklady na skladování energie.

4. Špatná konzistence produktu. V současné době v Číně neexistuje továrna na výrobu lithnoželezitého fosfátu, která by tento problém mohla vyřešit. Z hlediska přípravy materiálu je syntézní reakce fosforečnanu lithného a železnatého komplexní vícefázová reakce, zahrnující fosfáty v pevné fázi, oxidy železa a soli lithia, uhlíkové prekurzory a redukční plynné fáze. V tomto složitém reakčním procesu je obtížné zajistit konzistenci reakce.

5. Problematika duševního vlastnictví. V současnosti vlastní základní patent na fosforečnan lithný a železnatý Texaská univerzita, zatímco patent na uhlíkové povlaky uplatňují Kanaďané. Tyto dva základní patenty nelze obejít. Pokud jsou v ceně zahrnuty licenční poplatky, cena produktu se dále zvýší.