Lithium-Eisen-Phosphat-Akku

- Jan 05, 2017-

Geschichte[Bearbeiten]

→ Hauptartikel:Lithium-Eisenphosphat

LiFePO
4
ist ein natürliches Mineral von derOlivinFamilie (Triphylite). Seine Verwendung als eine Batterie-Elektrode, die in der veröffentlichten Literatur von erstbeschrieben wurdeJohn Goodenoughund #39; s-Forschungsgruppe an derUniversity of Texasim Jahr 1996[3][4]als Kathodenmaterial für wiederaufladbare Lithium-Batterien. Wegen seiner niedrigen Kosten, Ungiftigkeit, die natürliche Fülle vonEisen, seine hervorragende thermische Stabilität, sicherheitstechnische Kenngrößen, elektrochemischen Leistung und spezifische Kapazität (170mA·h/g, oder 610C/g) es einige Markt durchgesetzt.[5][6]

Seine wichtigsten Barriere zur Kommerzialisierung war untrennbar niedrigelektrische Leitfähigkeit. Dieses Problem wurde durch Verringerung der Korngröße und/oder Beschichtung überwunden dieLiFePO
4
Teilchen mit leitfähigen Materialien wie Carbon. Dieser Ansatz wurde von entwickelt.Michel Armandund seine Mitarbeiter.[7]Ein anderer Ansatz vonDoch Ming Chiangund #39; s Gruppe bestand ausDoping[5]LFP mitkationenMaterialien wieaus Aluminium,Niob, undZirkonium. Produkte sind jetzt in der Massenproduktion und dienen in industrielle Produkte von großen KonzernenBlack und Deckerund #39; sDeWaltMarke, dieFisker Karma,Daimler,CessnaundBAE Systems.[Zitieren benötigt]

MIT hat eine neue Beschichtung eingeführt, mit dem die Ionen innerhalb der Batterie leichter bewegen können. Die Andquot; Ringstraße Batteryandquot; nutzt ein Bypass-System, das ermöglicht die Lithium-Ionen zu betreten und verlassen der Elektroden mit einer Geschwindigkeit groß genug, um einen Akku in weniger als einer Minute vollständig aufgeladen. Die Forscher entdeckt, dass durch die Beschichtung Lithium Eisen Phosphat Partikel in eine glasartige Material namens lithiumPyrophosphat, Ionen die Kanäle zu umgehen und zu bewegen schneller als andere Batterien. Wiederaufladbare Batterien speichern und Energie als geladene Atome (Ionen) Form zwischen zwei Elektroden, der Anode und Kathode zu entladen. Ihre Ladung und Entladung Rate sind begrenzt durch die Geschwindigkeit, mit der diese Ionen bewegen. Diese Technologie konnte das Gewicht und die Größe der Batterien verringern. Eine kleiner Prototyp Batteriezelle entwickelt wurde, kann in 10 bis 20 Sekunden, im Vergleich mit sechs Minuten für standard-Akkuzellen vollständig aufzuladen.[8]

Vor- und Nachteile[Bearbeiten]

DieLiFePO
4
Batterie verwendet eine Lithium-Ionen-derived Chemie und teilt viele vor- und Nachteile miteinanderLithium-Ionen-Batterie Chemie. Allerdings gibt es erhebliche Unterschiede.

LFP-Chemie bietet eine längere Lebensdauer als andere Lithium-Ionen-Ansätze.[9]

Wie Nickel-basierten Akkus (und im Gegensatz zu anderen Lithium-Ionen-Batterien)[10]LiFePO
4
Batterien haben eine sehr konstante Entladungsspannung. Spannung bleibt in der Nähe von 3.2V während der Entladung, bis die Zelle leer ist. Dadurch kann die Zelle nahezu vollen Leistung liefern, bis es leer ist. Und es kann erheblich vereinfachen oder sogar beseitigen die Notwendigkeit für Spannung-Verordnung-Schaltung.

Wegen der nominalen 3.2V ausgeben können vier Zellen in Serie für eine Nennspannung von 12,8V platziert werden. Dies kommt in der Nähe die Nennspannung des sechs-ZellenBlei-Säure-Batterien. Und, zusammen mit der guten Sicherheitseigenschaften des LFP-Akkus dadurch LFP einen guten möglichen Ersatz für Blei-Säure-Batterien in vielen Anwendungen wie Automobil- und solar Anwendungen, vorausgesetzt die Ladesysteme, nicht zu beschädigen die LFP-Zellen durch übermäßige Aufladung Spannungen, Temperatur-basierte Spannungskompensation, Entzerrung Versuche oder kontinuierliche Rinnsal aufladen angepasst sind. Die LFP-Zellen müssen zumindest zunächst ausgeglichen werden, bevor das Paket zusammengestellt und ein Schutzsystem muss auch umgesetzt werden, um sicherzustellen, dass keine Zelle unter einer Spannung von 2,5V entladen werden kann oder schwere Schäden treten in den meisten Fällen.

Die Verwendung von Phosphaten vermeidet Cobaltand #39; s Kosten und Umweltbelange, betrifft insbesondere über Cobalt in die Umwelt durch unsachgemäße Entsorgung,[9]und das Potenzial für diethermischen InstabilitätCharakteristisch für Kobalt-Inhalt wiederaufladbare Lithium-Zellen, die sich manifestiert.

LiFePO
4
hat höhere aktuelle oder Spitzenleistung Bewertungen alsLiCoO
2
.[11]

DieEnergiedichte(Energie/Volumen) der neue LFP Akku ist etwa 14 % niedriger als die eines neuenLiCoO
2
Batterie.[12]Darüber hinaus haben viele Marken drängendere sowie Zellen innerhalb einer bestimmten Marke von LFP-Batterien, Entlastung unterproportional zum Blei-Säure oder LiCoO2.[Zitieren benötigt]Da Entladungsrate ein Prozentsatz der Batteriekapazität ist eine höhere Rate lässt sich mithilfe einer größeren Batterie (mehrAmpère-Stunden) wenn niedrige aktuelle Batterien verwendet werden müssen. Besser noch, eine hohen aktuelle LFP-Zelle (die haben eine höhere Fördermenge als eine Blei-Säure oderLiCoO
2
Akkus der gleichen Kapazität) kann verwendet werden.

LiFePO
4
Zellen Erfahrung eine langsamere Rate der Kapazitätsverlust (aka größere Kalender-Leben) als Lithium-Ionen-Batterie-Chemikalien wieLiCoO
2
Kobaltoder LiMn2O4Mangan-SpinellLithium-Ionen-Polymer-BatterienoderLithium-Ionen-Batterien.[13]Nach einem Jahr im Regal eineLiFePO
4
Zelle hat in der Regel ungefähr die gleiche Energiedichte als ein LiCoO2Lithium-Ionen-Zelle, wegen LFPand #39; s langsamer Rückgang der Energiedichte.[Zitieren benötigt]

Sicherheit[Bearbeiten]

Ein wichtiger Vorteil gegenüber anderen Lithium-Ionen-Chemikalien ist thermischen und chemischen Stabilität, die Batteriesicherheit verbessert.[9]LiFePO
4
ist ein intrinsisch sicherere Kathodenmaterial als LiCoO2und Mangan-Spinell. DieFe-P-OBond ist stärker als dieCo-OBindung, so dass wenn missbraucht, (kurzgeschlossen, überhitzt, etc.) die Sauerstoffatome viel schwerer sind zu entfernen. Diese Stabilisierung der Redox-Energien hilft auch schnelle Ionen-Migration.[10]

Da Lithium aus der Kathode in einer LiCoO wandert2Zelle, CoO2nicht-lineare expandiert, die die strukturelle Integrität der Zelle betrifft. Die voll lithiated und unlithiated Zustände desLiFePO
4
sind strukturell ähnlich, was bedeutet, dassLiFePO
4
Zellen sind mehr strukturell stabiler als LiCoO2Zellen.[Zitieren benötigt]

Keine Lithium-Überreste in der Kathode der einen voll aufgeladenen ErsatzakkuLiFePO
4
Zelle – in einer LiCoO2Zelle, bleibt ca. 50 % in der Kathode.LiFePO
4
Sauerstoff-Verlust, der in der Regel ergibt sich eine exotherme Reaktion in anderen Lithiumzellen ist hochbelastbar.[6]

Infolgedessen sind Lithium-Eisen-Phosphat-Zellen viel schwerer zu entzünden bei Misshandlung (vor allem während der Ladung), obwohl jeder vollständig aufgeladen, dass die Batterie nur überladen Energie als Wärme abgeführt werden kann. Deshalb Versagen der Batterie durch den Missbrauch noch möglich. Es ist allgemein anerkannt, dassLiFePO
4
Akku nicht bei hohen Temperaturen zersetzen.[9]Der Unterschied zwischen LFP und dieLiPo-AkkuZellen, die üblicherweise bei der usw-Hobby ist besonders bemerkenswert.[Zitieren benötigt]

Technische Daten[Bearbeiten]

  • Zellspannung

    • Min. Entladungsspannung = 2,5V[14]

    • Betriebsspannung =3.0 ~ 3,3 V

    • Max. Laden Sie Spannung = 3.65V

  • VolumetrischeEnergiedichte= 220WH/DM3(790kJ/dm3)

  • Gravimetrische Energiedichte Andgt; 90Wh/kg[15](Andgt; 320J/g)

  • 100 %DODLebensdauer (Anzahl der Zyklen zu 80 % der ursprünglichen Kapazität) = 2.000-7.000[16]

  • 10 %DODZyklus Leben (Anzahl der Zyklen zu 80 % der ursprünglichen Kapazität) Andgt; 10.000[17]

  • Sony Fortelion: 71 % Kapazität nach 8.000 Zyklen mit 100 %DOD[18]

  • Kathode Zusammensetzung (Gewicht)

    • 90 % C-LiFePO4, Klasse Phos-Dev-12

    • 5 %CarbonEBN-10-10 (überlegene Graphit)

    • 5 %PVDF

  • Handy-Konfiguration

  • Experimentellen Bedingungen:

    • Raumtemperatur

    • Spannungsgrenzwerte:2.0 – 3,65 V

    • Gebühr: Bis zu c/1 bewerten bis 3.6V, dann konstante Spannung bei 3.6V bis ich Andlt; C/24

  • Nach Angaben des HerstellersBYDder Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie des ElektroautosE6wird eine schnelle Ladestation innerhalb von 15 Minuten bis zu 80 % nach 40 Minuten mit 100 % berechnet.[19]

Nutzung[Bearbeiten]

Transport[Bearbeiten]

Höhere Fördermengen für Beschleunigung, geringeres Gewicht und längere Lebensdauer macht dieser Akku-Typ ideal für Fahrräder und Elektroautos.

Diese Batterie dient derElektro-Autosvon gemachtAptera[20]undQUICC!.[21]

KillaCycle, ein elektrisches Motorrad, Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien verwendet.[22]

Roehr Motorcycle Company, nutzt ein 5.8kW·h Kapazität LFP-Akku-Pack an seine Elektro-Motorrad macht.[Zitieren benötigt]

LFP-Akkus sind durch Elektrofahrzeuge Hersteller verwendet.Smith Electric Vehiclesum seine Produkte zu versorgen.[23]

AutoherstellerBYDplant, seine LFP-Akkus an die Macht zu verwenden seinPHEV, dieF3DMundF6DM(Dual-Modus), die erste kommerzielle Dual-Mode-Elektroauto der Welt sein wird. Massenproduktion von Autos im Jahr 2009 geplant.[24]Im Oktober 2014 kündigte BYD einen 60-Fuß, 120 Pkw Batterie-elektrischer Bus mit einer Reichweite von mehr als 170 Meilen, die Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien verwendet.[25]

Im Mai 2007 kündigte Lithium Technology Corp. eine LFP-Batterie mit Zellen groß genug für den Einsatz inHybrid-Autos, behaupten, sie sind Andquot; die größten Zellen ihrer Art in der world.andquot;.[26]

Der Super Lithium 1500 bürstenlosen Elektroroller verwendet einen 48-voltLiFePO
4
60A Batterie was ist einer der schnellsten Produktion Elektro-Roller zur Verfügung.[27]Die Firma Seite behauptet dieser LFP-Batterie wird den Fahrer treiben bis zu 40 km/h mit einem Reiten-Abstand von 25 – 35 Meilen je nach Fahrergewicht, Hügeln und anderen Bedingungen. Sie sagen auch diese Batterie hat eine Gewichtsreduzierung von 18lbs über ihre bisher verwendeten Blei-Säure-Batterien und hat eine Lebenserwartung von 1000 Ladezyklen.

Rimac Automobilieine erweiterte LFP-Batterie-System mit integrierter Batterie-Management und Flüssigkühlsysteme, in erster Linie für ihre Concept One Elektro-Supersportwagen, die in Produktion gehen wird, sondern auch für die kommerzielle Verfügbarkeit des Batteriesystems entwickelt haben.

ZBoard ElektroSkateboardsLFP-Batterien verwenden, bietet reicht bis zu 20 Meilen.[28]

Golf Caddy Skate elektrische Einzelperson Golf Fahrzeug nutzt LFP-Batterien, so dass eine volle 18 Loch-Golfplatz.[29]

EV-Flotte elektrischPickup-trucksVerwenden Sie eine 50kWh LFP-Batterie für einen 100-Meilen-Strecke.[30]

eGenElektro-ScooterVerwenden Sie eine Vielzahl von LFP-Batterien ermöglicht Reichweiten von 80 + Meilen für ihre Top-Modell, die zB-X. Das Unternehmen bietet auch kleineren austauschbaren LFP Batterien in ihren eG3, eG5 und Z.B. D1 Modellen.[31]

Solar Garten und Sicherheit Lichtsysteme[Bearbeiten]

Einzelne Andquot; 14500andquot; (AA-Format) LFP-Zellen dienen heute in einigen solarbetriebenWeglichteranstelle von 1,2 v NiCd/NiMH.

LFPand #39; s höher (3.2V) funktionierende Spannung kann eine einzelne Zelle zu ermöglichen, eine LED zu fahren, ohne dass eine Step-up-Schaltung. Die erhöhte Toleranz gegenüber bescheiden Überladung (im Vergleich zu anderen Zelltypen Li) bedeutet, dassLiFePO
4
Photovoltaik-Zellen ohne komplexen Schaltungen angeschlossen werden könnte. Eine Einzelzelle LFP lindert auch Korrosion, Kondensation Andamp; notorisch Schmutz Probleme mit Batteriehalter und Kontakte von Zelle zu Zelle - Pest solche schlechten Verbindungen oft vor allem outdoor Systeme mit mehreren abnehmbaren NiMH-Zellen.

Anspruchsvollere LFP solar aufgeladen, dass passive IR-Sicherheit Lampen auch (2013) entstehen.[1]Wie AA Größe LFP-Zellen haben eine Kapazität von nur ~ 600 mAh (während der Lampand #39; s helle LED kann zeichnen 60mA) nur 10 Stunden Laufzeit gerechnet werden. Aber-wenn auslösen nur gelegentlich - ist solcher Systeme können zu bewältigen auch bei geringer Sonneneinstrahlung aufladen Bedingungen, als Lampe Elektronik nach dunklen Andquot gewährleistet; Idleandquot; Strömungen unter 1mA.

LiFePO
4
angetriebene Solarlampen sind sichtlich heller als allgegenwärtige solar Außenleuchten und Gesamtleistung gilt als zuverlässiger.[Zitieren benötigt]

Andere Verwendungen[Bearbeiten]

Viele nach Hause EV Konvertierungen verwenden die Großformat-Versionen als Carand #39; s Traktion Pack. Mit der effizienten Kraft-Gewichts-Verhältnis, hohe Sicherheits-Features und Chemistryand #39; s Weigerung in thermischen Instabilität zu gehen gibt es einige Hindernisse für den Einsatz von Amateur home Andquot; Makersandquot;.

Einigeelektronische ZigarettenNutzen Sie diese Arten von Batterien.

Drei-Taschenlampe/Hersteller (Imecs Corporation mit wirelessLiFePO
4
Batterie-Technologie, Mag Instrumente und LED Lenser) haben Produkte, die diese Batterien zu nutzen.

RC Modellautoskann diese Akkus vor allem als RX- und TX-Packs als direkter Ersatz von NiMh-Packs oder LiPo Packs ohne Notwendigkeit Spannungsregler, verwenden, da sie 6.6V bieten Nennspannung über 7.4V LiPo Packs, die ist etwas höher und erfordern bis 6,0V geregelt werden.

Celestron ist mit einem leichten Andquot herausgekommen; PowerTank Lithiumandquot; Batterie, die diese Chemie verwendet, um ihre Teleskop-Antriebe zu versorgen. Es wiegt nur 2,25 lbs und produziert 84,6 Wh und 12VDC.

Siehe auch[Bearbeiten]