Co je lithium-železofosfátová baterie?

Lithium-železofosfátová baterie je lithium-iontová baterie s lithium-železnatým fosforečnanem (LiFePO4) jako katodovým materiálem a uhlíkem jako katodovým materiálem. Jmenovité napětí jedné baterie je 3,2 V a vypínací napětí nabíjení je 3,6 V ~ 3,65 V.
Během procesu nabíjení uniknou některé lithiové ionty fosforečnanu lithného a elektrolytická hmota se přenese na katodu a zapouzdří uhlíkový materiál. Současně se elektrony uvolňují z anody a přicházejí z vnějšího obvodu, aby byla zachována rovnováha chemické reakce. V procesu vybíjení ionty lithia unikají magnetickou silou, dostávají se přes elektrolytickou hmotu, uvolňují se ve stejnou dobu, dostávají se do vnějšího okruhu a poskytují energii ven.

Lithiové železofosfátová baterie má výhody vysokého pracovního napětí, vysoké hustoty energie, dlouhé životnosti cyklu, dobré bezpečnosti, nízké rychlosti samovybíjení a žádné paměti.
V krystalové struktuře jsou atomy kyslíku těsně uspořádány do šesti znaků. Čtyřstěn PO43 a FeO6 tvoří prostorovou kostru krystalu, Li a Fe zaujímají oktaedronovou mezeru, P zaujímají čtyřstěnnou mezeru, kde Fe zaujímá ko úhlovou polohu a Li zaujímá kovariantní polohu. FeO6 je vzájemně propojen na rovině BC krystalu a oktaedrická struktura LiO6 ve směru osy B je vzájemně spojena v řetězové struktuře. Jeden čtyřstěn FeO6, dva LiO6 a jeden PO43.

Celková síť FeO6 je nespojitá, takže nemůže tvořit vodivost. Na druhé straně tetraedr PO43 omezuje objemovou změnu mřížky a ovlivňuje ablaci a difúzi Li, což má za následek extrémně nízkou elektronovou vodivost a účinnost difúze iontů katodového materiálu.

Teoreticky má baterie vysokou kapacitu (cca 170mAh/g) a vybíjecí platforma je 3,4V. Li se mezi nabíjením a vybíjením pohybuje tam a zpět. Během nabíjení dochází k oxidační reakci a Li uniká. Elektrolytická látka je uložena v katodě a železo se přeměňuje z Fe2 na Fe3 a dochází k oxidační reakci.

Jaké jsou strukturální vlastnosti lithium-železofosfátové baterie?

Levá strana lithium-železofosfátové baterie je vyrobena z olivínového materiálu, který je s baterií spojen hliníkovou fólií. Vpravo je katoda baterie složená z uhlíku (grafitu), která je spojena měděnou fólií a katodou baterie. Uprostřed je membrána separovaného polymeru. Lithium může procházet membránou, nikoli membránou. Vnitřek baterie je naplněn elektrolytickou látkou a baterie je utěsněna kovovým pláštěm.

Jaký je princip nabíjení a vybíjení baterie?

Reakce vybíjení lithium-železofosfátové baterie probíhá mezi LiFePo4 a FePO4. Během nabíjení se ionty oddělily od lithia z FePO4 a během vybíjení se ionty lithia začlenily do FePO4 za vzniku LiFePo4.

Když je baterie nabitá, ionty lithia se pohybují z krystalu fosforečnanu lithného na povrch krystalu, vstupují do elektrolytické látky pod vlivem síly elektrického pole, procházejí membránou a poté se pohybují na povrch grafitového krystalu přes elektrolyt, a poté zapuštěny do grafitové mřížky. Na druhé straně sběrač z měděné fólie proudí vodičem do sběrače hliníkové fólie, přes oko, sloupek baterie, vnější obvod, ucho ke katodě baterie a vodičem ke grafitové katodě. Bilance náboje katody. Po odfázování lithných iontů z fosforečnanu lithného a železnatého se fosforečnan lithný přemění na fosforečnan železitý.