היום, יש מספר רב של סוללות עם סוגים שונים של כימיה. הסוללות הפופולריות ביותר כיום הן ליתיום-יון. קבוצה זו כוללת גם סוללות ליתיום-ברזל-פוספט (פרופוספט). בעוד שכל הסוללות בקטגוריה זו דומות במידה רבה במפרט הטכני, לסוללות ליתיום ברזל פוספט יש תכונות ייחודיות משלהן המבדילות אותן מסוללות אחרות המיוצרות בטכנולוגיית ליתיום-יון.
סיפור גילוי סוללת הליתיום ברזל פוספט
ממציא סוללת LiFePO4 הוא ג'ון גודנו, שעבד ב-1996 באוניברסיטת טקסס על חומר קתודה חדש לסוללות ליתיום-יון. הפרופסור הצליח ליצור חומר זול יותר, בעל פחות רעילות ויציבות תרמית גבוהה. בין החסרונות של הסוללה, שהשתמשה בקתודה החדשה, הייתה קיבולת נמוכה יותר.
אף אחד לא התעניין בהמצאה של ג'ון גודנו, אבל ב-2003 החליטה A 123 Systems לפתח את הטכנולוגיה הזו, בהתחשב בכך שהיא די מבטיחה. תאגידים גדולים רבים הפכו למשקיעים בטכנולוגיה זו - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.
מאפיינים של סוללות LiFePO4
המתח של סוללת ה-ferrophosphate זהה לזה של סוללות אחרות בטכנולוגיית ליתיום-יון. המתח הנקוב תלוי במידות הסוללה (גודל, גורם צורה). עבור סוללות 18 650 זה 3.7 וולט, עבור 10 440 (אצבעות קטנות) - 3.2, עבור 24 330 - 3.6.
עבור כמעט כל הסוללות, המתח יורד בהדרגה במהלך הפריקה. אחת התכונות הייחודיות היא יציבות המתח בעבודה עם סוללות LiFePO4. לסוללות המיוצרות בטכנולוגיית ניקל (ניקל-קדמיום, ניקל-מתכת הידריד) יש מאפייני מתח דומים לאלה.
בהתאם לגודל, סוללת ליתיום ברזל פוספט יכולה לספק בין 3.0 ל-3.2 וולט עד לפריקה מלאה. תכונה זו מעניקה יתרונות נוספים לסוללות אלה בשימוש במעגלים, שכן היא מבטלת למעשה את הצורך בוויסות מתח.
מתח פריקה מלא הוא 2.0 וולט, מגבלת הפריקה הנמוכה ביותר שנרשמה מכל סוללת ליתיום בטכנולוגיית ליתיום. הסוללות הללו מובילות בתחוםחיי שירות, השווים ל-2000 מחזורים לטעינה ופריקה. בשל בטיחות המבנה הכימי שלהן, ניתן להטעין סוללות LiFePO4 בשיטת דלתא V מואצת מיוחדת כאשר זרם גדול מופעל על הסוללה.
סוללות רבות אינן עומדות בשיטה זו של טעינה, מה שגורם להן להתחמם יתר על המידה ולהידרדר. במקרה של סוללות ליתיום-ברזל-פוספט, שימוש בשיטה זו אינו רק אפשרי, אלא אף מומלץ. לכן, ישנם מטענים מיוחדים במיוחד לטעינת סוללות כאלה. כמובן שלא ניתן להשתמש במטענים כאלה על סוללות עם כימיה אחרת. בהתאם לגורם הצורה, סוללות ליתיום ברזל פוספט במטענים אלה ניתנות לטעינה מלאה תוך 15-30 דקות.
הפיתוחים האחרונים בתחום סוללות LiFePO4 מציעים למשתמש סוללות עם טווח טמפרטורות עבודה משופר. אם טווח הפעולה הסטנדרטי עבור סוללות ליתיום-יון הוא -20 עד +20 מעלות צלזיוס, אז סוללות ליתיום ברזל פוספט יכולות לעבוד בצורה מושלמת בטווח של -30 עד +55. טעינה או פריקה של סוללה בטמפרטורות מעל או מתחת לאלו המתוארות יפגעו קשות בסוללה.
סוללות ליתיום ברזל פוספט מושפעות הרבה פחות מהשפעת ההזדקנות מאשר סוללות ליתיום-יון אחרות. הזדקנות היא אובדן קיבולת טבעי לאורך זמן, שאינו תלוי אם נעשה שימוש בסוללה אונמצא על המדף. לשם השוואה, כל סוללות הליתיום-יון מאבדות כ-10% קיבולת מדי שנה. פוספט ליתיום ברזל מאבד רק 1.5%.
החיסרון של הסוללות האלה הוא הקיבולת הנמוכה יותר, שהיא פחותה ב-14% (או משהו כזה) מסוללות ליתיום-יון אחרות.
בטיחות סוללת Ferrophosphate
סוג סוללות זה נחשב לאחד הבטוחים מבין כל סוגי הסוללות הקיימים. לסוללות LiFePO4 ליתיום פוספט יש כימיה יציבה מאוד, והן מסוגלות לעמוד בעומסים כבדים היטב בפריקה (בפעולת התנגדות נמוכה) ובטעינה (בעת טעינת הסוללה בזרמים גבוהים).
בשל העובדה שפוספטים בטוחים מבחינה כימית, קל יותר להיפטר מהסוללות האלה לאחר שהן מנצלות את המשאב שלהן. סוללות רבות בעלות כימיה מסוכנת (כגון ליתיום-קובלט) צריכות לעבור תהליכי מיחזור נוספים על מנת לחסל את המפגע הסביבתי שלהן.
טעינת סוללות ליתיום ברזל פוספט
אחת הסיבות לעניין המסחרי של המשקיעים בכימיה של פרופוספטים הייתה היכולת להיטען במהירות, כתוצאה מיציבותו. מיד לאחר ארגון שחרור המסוע של סוללות LiFePO4, הן הוצבו כסוללות הניתנות לטעינה מהירה.
מטענים מיוחדים יוצרו למטרה זו. כפי שכבר צוין לעיל, לא ניתן להשתמש במטענים כאלה על סוללות אחרות, שכן הדבר יגרום להם להתחמם יתר על המידה ויגרום נזק רב.אותם.
מטען מיוחד לסוללות אלה יכול לטעון אותן תוך 12-15 דקות. ניתן להטעין סוללות פרופוספט גם במטענים רגילים. יש גם אפשרויות מטען משולבות עם שני מצבי הטעינה. האפשרות הטובה ביותר, כמובן, תהיה להשתמש במטענים חכמים עם אפשרויות רבות לשלוט בתהליך הטעינה.
מכשיר סוללת ליתיום ברזל פוספט
לסוללת הליתיום-ברזל-פוספט LiFePO4 אין תכונות מיוחדות במבנה הפנימי בהשוואה למקבילותיה בטכנולוגיה הכימית. רק יסוד אחד עבר שינוי - קתודה העשויה פוספט ברזל. חומר האנודה הוא ליתיום (לכל סוללות הליתיום יון יש אנודת ליתיום).
הפעולה של כל סוללה מבוססת על הפיכות של תגובה כימית. אחרת, התהליכים המתרחשים בתוך הסוללה נקראים תהליכי חמצון והפחתה. כל סוללה מורכבת מאלקטרודות - קתודה (מינוס) ואנודה (פלוס). כמו כן, בתוך כל סוללה יש מפריד - חומר נקבובי ספוג בנוזל מיוחד - אלקטרוליט.
כשהסוללה מתרוקנת, יוני ליתיום עוברים דרך המפריד מהקתודה לאנודה, ומוציאים את המטען המצטבר (חמצון). כאשר סוללה נטענת, יוני ליתיום נעים בכיוון ההפוך מהאנודה לקתודה, וצוברים מטען (התאוששות).
סוגי סוללות ליתיום ברזל פוספט
ניתן לחלק את כל סוגי הסוללות בכימיה זו לארבע קטגוריות:
- הושלםסוללה.
- תאים גדולים בצורת מקבילים.
- תאים קטנים בצורת מקבילים (מנסרות - סוללות LiFePO4 ב-3.2 V).
- תאי מטבע קטנים (חבילות).
- סוללות גליליות.
ליתיום ברזל פוספט סוללות ותאים יכולים להיות בעלי מתחים נומינליים שונים מ-12 עד 60 וולט. הן עולות על סוללות עופרת חומצה מסורתיות במובנים רבים: זמן המחזור גבוה בהרבה, המשקל נמוך פי כמה, והן נטענות מהר יותר פי כמה.
סוללות גליליות בכימיה זו משמשות הן בנפרד והן בשרשרת. המידות של סוללות גליליות אלו שונות מאוד: מ-14,500 (סוג אצבע) ל-32,650.
סוללות ליתיום ברזל פוספט
סוללות Ferrophosphate לאופניים ואופניים חשמליים ראויות לתשומת לב מיוחדת. עם המצאת קתודה חדשה של ברזל-פוספט, יחד עם סוגי סוללות נוספים המבוססים על כימיה זו, יצאו סוללות מיוחדות, אשר בשל תכונותיהן המשופרות ומשקלן הקל יותר, ניתן להשתמש בהן בנוחות גם באופניים רגילים. סוללות כאלה צברו מיד פופולריות בקרב חובבי שדרוג האופניים שלהם.
סוללות ליתיום ברזל פוספט מסוגלות לספק מספר שעות של רכיבה חסרת דאגות, שהיא תחרות ראויה למנועי בעירה פנימית, שגם בעבר הותקנו לעתים קרובות על אופניים. בדרך כלל לנתוניםלמטרות, נעשה שימוש בסוללות 48v LiFePO4, אך ניתן לרכוש סוללות עבור 25, 36 ו-60 וולט.
יישום סוללות ferrophosphate
תפקיד הסוללות בכימיה זו ברור ללא הערה. פריזמות משמשות למטרות שונות - סוללות LiFePO4 3, 2 v. תאים גדולים יותר משמשים כאלמנטים של מערכות חיץ לאנרגיה סולארית ולטורבינות רוח. סוללות פרופוספט משמשות באופן פעיל בבניית רכבים חשמליים.
סוללות קטנות שטוחות משמשות לטלפונים, מחשבים ניידים וטאבלטים. סוללות גליליות של גורמי צורה שונים משמשות עבור רובי איירסופט, סיגריות אלקטרוניות, דגמים נשלטי רדיו וכו'.
