Co to jest bateria litowo-żelazowo-fosforanowa?

Bateria litowo-żelazowo-fosforanowa to bateria litowo-jonowa z fosforanem litowo-żelazowym (LiFePO4) jako materiałem katody i węglem jako materiałem katody. Napięcie znamionowe pojedynczego akumulatora wynosi 3,2 V, a napięcie odcięcia ładowania wynosi 3,6 V ~ 3,65 V.
Podczas procesu ładowania część jonów litu i fosforanu litowo-żelazowego ucieknie, a masa elektrolityczna zostanie przeniesiona na katodę i osadzona w materiale węglowym. Jednocześnie elektrony są uwalniane z anody i docierają z obwodu zewnętrznego, aby utrzymać równowagę reakcji chemicznej. W procesie rozładowywania jony litu uciekają pod wpływem siły magnetycznej, przedostają się przez masę elektrolityczną, jednocześnie uwalniają się, docierają do obwodu zewnętrznego i dostarczają energię na zewnątrz.

Żelazo litoweakumulator fosforanowy ma zalety wysokiego napięcia roboczego, dużej gęstości energii, długiego cyklu życia, dobrego bezpieczeństwa, niskiego wskaźnika samorozładowania i braku pamięci.
W strukturze krystalicznej atomy tlenu są ściśle ułożone w sześciu znakach. Czworościan PO43 i FeO6 tworzą przestrzenny szkielet kryształu, Li i Fe zajmują szczelinę oktaedru, P zajmują szczelinę czworościanu, gdzie Fe zajmuje pozycję kątową, a Li pozycję kowariantną. FeO6 są połączone ze sobą w płaszczyźnie BC kryształu, a oktaedryczna struktura LiO6 w kierunku osi B jest połączona ze sobą strukturą łańcuchową. Współistnieją jeden FeO6, dwa LiO6 i jeden czworościan PO43.

Całkowita sieć FeO6 jest nieciągła, więc nie może tworzyć przewodnictwa. Z drugiej strony czworościan PO43 ogranicza zmianę objętości sieci oraz wpływa na ablację i dyfuzję Li, co skutkuje wyjątkowo niską przewodnością elektronową i wydajnością dyfuzji jonów materiału katody.

Teoretycznie akumulator ma dużą pojemność (około 170mAh/g), a platforma rozładowania to 3,4V. Li przełącza się pomiędzy ładowaniem i rozładowywaniem. Podczas ładowania zachodzi reakcja utleniania i Li ucieka. W katodzie osadza się substancja elektrolityczna, żelazo ulega przemianie z Fe2 do Fe3 i zachodzi reakcja utleniania.

Jakie są cechy strukturalne baterii litowo-żelazowo-fosforanowej?

Lewa strona akumulatora litowo-żelazowo-fosforanowego wykonana jest z materiału oliwinowego, który jest połączony z akumulatorem folią aluminiową. Po prawej stronie znajduje się katoda akumulatora złożona z węgla (grafitu), która jest połączona folią miedzianą z katodą akumulatora. Pośrodku znajduje się membrana wydzielonego polimeru. Lit może przejść przez membranę, ale nie przez membranę. Wnętrze akumulatora wypełnione jest substancją elektrolityczną, a akumulator jest uszczelniony metalową obudową.

Jaka jest zasada ładowania i rozładowywania akumulatora?

Reakcja rozładowania akumulatora litowo-żelazowo-fosforanowego zachodzi pomiędzy LiFePo4 i FePO4. Podczas ładowania jony oddzielone od litu tworzą FePO4, a podczas rozładowywania jony litu osadzają FePO4, tworząc LiFePo4.

Gdy akumulator jest naładowany, jony litu przemieszczają się z kryształu fosforanu litowo-żelazowego na powierzchnię kryształu, przedostają się do substancji elektrolitycznej pod wpływem siły pola elektrycznego, przechodzą przez membranę, a następnie przemieszczają się na powierzchnię kryształu grafitu przez elektrolit, a następnie osadzony w siatce grafitowej. Natomiast kolektor z folii miedzianej przepływa przez przewodnik do kolektora z folii aluminiowej, przez ucho, kolumnę akumulatora, obwód zewnętrzny, ucho do katody akumulatora i przez przewodnik do katody grafitowej. Bilans ładunku katody. Po odfazie jonów litu z fosforanu litowo-żelazowego fosforan litowo-żelazowy przekształca się w fosforan żelaza.