Այսօր կան մեծ քանակությամբ տարբեր տեսակի քիմիա ունեցող մարտկոցներ։ Այսօրվա ամենահայտնի մարտկոցները լիթիում-իոն են: Այս խումբը ներառում է նաև լիթիում-երկաթ-ֆոսֆատ (ֆեռոֆոսֆատ) մարտկոցներ: Թեև այս կատեգորիայի բոլոր մարտկոցները ընդհանուր առմամբ նման են տեխնիկական բնութագրերով, լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցներն ունեն իրենց յուրահատուկ առանձնահատկությունները, որոնք տարբերում են դրանք լիթիում-իոնային տեխնոլոգիայի կիրառմամբ պատրաստված այլ մարտկոցներից:
Լիտիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցի հայտնաբերման պատմությունը
LiFePO4 մարտկոցի գյուտարարը Ջոն Գուդենաֆն է, ով 1996 թվականին աշխատել է Տեխասի համալսարանում լիթիում-իոնային մարտկոցների նոր կաթոդային նյութի վրա: Պրոֆեսորին հաջողվել է ստեղծել նյութ, որն ավելի էժան է, ունի ավելի քիչ թունավորություն և բարձր ջերմային կայունություն։ Նոր կաթոդ օգտագործող մարտկոցի թերությունների թվում էր ավելի ցածր հզորությունը։
Ոչ ոք հետաքրքրված չէր Ջոն Գուդենաֆի գյուտով, սակայն 2003 թվականին A 123 Systems-ը որոշեց զարգացնել այս տեխնոլոգիան՝ համարելով այն բավականին խոստումնալից: Շատ խոշոր կորպորացիաներ դարձել են այս տեխնոլոգիայի ներդրողներ՝ Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola:
LiFePO4 մարտկոցների բնութագրերը
Ֆեռոֆոսֆատային մարտկոցի լարումը նույնն է, ինչ լիթիում-իոնային տեխնոլոգիայի այլ մարտկոցներում: Գնահատված լարումը կախված է մարտկոցի չափերից (չափը, ձևի գործակիցը): 18 650 մարտկոցների համար սա 3,7 վոլտ է, 10 440 (փոքր մատների) համար՝ 3,2, 24 330-ի համար՝ 3,6։
Գրեթե բոլոր մարտկոցների դեպքում լիցքաթափման ժամանակ լարումը աստիճանաբար նվազում է: Եզակի առանձնահատկություններից է լարման կայունությունը LiFePO4 մարտկոցների հետ աշխատելիս։ Նիկելի տեխնոլոգիայով պատրաստված մարտկոցները (նիկել-կադմիում, նիկել-մետաղ հիդրիդ) ունեն լարման նման բնութագրեր։
Կախված չափից՝ լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցը կարող է մատակարարել 3,0-ից 3,2 վոլտ լարում մինչև լրիվ լիցքաթափվելը: Այս հատկությունն ավելի շատ առավելություններ է տալիս այս մարտկոցներին, երբ դրանք օգտագործվում են սխեմաներում, քանի որ այն գործնականում վերացնում է լարման կարգավորման անհրաժեշտությունը:
Լրիվ լիցքաթափման լարումը 2.0 վոլտ է՝ ցանկացած լիթիումային տեխնոլոգիայի մարտկոցի լիցքաթափման ամենացածր սահմանաչափը: Այս մարտկոցները առաջատար ենծառայության ժամկետը, որը համարժեք է 2000 ցիկլերի լիցքավորման և լիցքաթափման համար: Իրենց քիմիական կառուցվածքի անվտանգության շնորհիվ LiFePO4 մարտկոցները կարող են լիցքավորվել հատուկ արագացված դելտա V մեթոդով, երբ մարտկոցի վրա մեծ հոսանք է կիրառվում:
Շատ մարտկոցներ չեն դիմանում լիցքավորման այս մեթոդին, ինչը հանգեցնում է դրանց գերտաքացման և փչացման: Լիթիում-երկաթ-ֆոսֆատ մարտկոցների դեպքում այս մեթոդի կիրառումը ոչ միայն հնարավոր է, այլ նույնիսկ խորհուրդ է տրվում։ Հետեւաբար, կան հատուկ լիցքավորիչներ՝ հատուկ նման մարտկոցները լիցքավորելու համար։ Իհարկե, նման լիցքավորիչները չեն կարող օգտագործվել այլ քիմիա ունեցող մարտկոցների վրա: Կախված ձևի գործոնից՝ այս լիցքավորիչների վրա լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցները կարող են ամբողջությամբ լիցքավորվել 15-30 րոպեում։
LiFePO4 մարտկոցների ոլորտում վերջին զարգացումները օգտվողին առաջարկում են մարտկոցներ՝ բարելավված աշխատանքային ջերմաստիճանի տիրույթով: Եթե լիթիում-իոնային մարտկոցների աշխատանքային ստանդարտ տիրույթը -20-ից +20 աստիճան Ցելսիուս է, ապա լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցները կարող են կատարելապես աշխատել -30-ից +55 միջակայքում: Մարտկոցի լիցքավորումը կամ լիցքաթափումը նկարագրվածից բարձր կամ ցածր ջերմաստիճանում լրջորեն կվնասի մարտկոցը:
Լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցները շատ ավելի քիչ են ազդում ծերացման ազդեցությունից, քան մյուս լիթիում-իոնային մարտկոցները: Ծերացումը ժամանակի ընթացքում տարողունակության բնական կորուստն է, որը անկախ է նրանից, թե արդյոք օգտագործվում է մարտկոցը, թեգտնվում է դարակում: Համեմատության համար նշենք, որ բոլոր լիթիում-իոնային մարտկոցները ամեն տարի կորցնում են մոտ 10% հզորություն: Լիթիումի երկաթի ֆոսֆատը կորցնում է ընդամենը 1,5%։
Այս մարտկոցների բացասական կողմը ավելի ցածր հզորությունն է, որը 14%-ով պակաս է (կամ այնքան), քան մյուս լիթիում-իոնային մարտկոցները:
Ֆեռոֆոսֆատ մարտկոցի անվտանգություն
Այս տեսակի մարտկոցները համարվում են ամենաանվտանգներից մեկը բոլոր գոյություն ունեցող մարտկոցների մեջ: LiFePO4 լիթիում ֆոսֆատ մարտկոցներն ունեն շատ կայուն քիմիա և կարող են լավ դիմակայել ծանր բեռներին լիցքաթափման (ցածր դիմադրության դեպքում) և լիցքավորման ժամանակ (մարտկոցը բարձր հոսանքներով լիցքավորելիս):
Շնորհիվ այն փաստի, որ ֆոսֆատները քիմիապես անվտանգ են, այս մարտկոցները ավելի հեշտ է ոչնչացնել իրենց ռեսուրսը մշակելուց հետո: Վտանգավոր քիմիայից շատ մարտկոցներ (օրինակ՝ լիթիում-կոբալտը) պետք է ենթարկվեն վերամշակման լրացուցիչ գործընթացների՝ շրջակա միջավայրի վտանգը վերացնելու համար:
Լիցքավորում լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցներ
Ֆերոֆոսֆատների քիմիայի նկատմամբ ներդրողների առևտրային հետաքրքրության պատճառներից մեկը դրա կայունությունից բխող արագ լիցքավորման հնարավորությունն էր: LiFePO4 մարտկոցների կոնվեյերային թողարկումը կազմակերպելուց անմիջապես հետո դրանք տեղադրվեցին որպես արագ լիցքավորվող մարտկոցներ։
Այս նպատակով արտադրվել են հատուկ լիցքավորիչներ։ Ինչպես արդեն նշվեց վերևում, նման լիցքավորիչները չեն կարող օգտագործվել այլ մարտկոցների վրա, քանի որ դա կհանգեցնի դրանց գերտաքացման և մեծ վնասդրանք։
Այս մարտկոցների հատուկ լիցքավորիչը կարող է դրանք լիցքավորել 12-15 րոպեում։ Ferrophosphate մարտկոցները կարող են լիցքավորվել նաև սովորական լիցքավորիչներով: Կան նաև լիցքավորիչի համակցված տարբերակներ երկու լիցքավորման ռեժիմներով: Լավագույն տարբերակը, իհարկե, կլինի օգտագործել խելացի լիցքավորիչներ՝ բազմաթիվ տարբերակներով լիցքավորման գործընթացը վերահսկելու համար:
Լիտիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցի սարք
Լիթիում-երկաթ-ֆոսֆատ LiFePO4 մարտկոցը չունի հատուկ առանձնահատկություններ ներքին կառուցվածքում՝ համեմատած քիմիական տեխնոլոգիաների իր գործընկերների հետ: Փոփոխության է ենթարկվել միայն մեկ տարր՝ երկաթի ֆոսֆատից պատրաստված կաթոդ։ Անոդի նյութը լիթիում է (լիթիումի իոնային բոլոր մարտկոցներն ունեն լիթիումի անոդ):
Ցանկացած մարտկոցի աշխատանքը հիմնված է քիմիական ռեակցիայի հետադարձելիության վրա: Հակառակ դեպքում, մարտկոցի ներսում տեղի ունեցող գործընթացները կոչվում են օքսիդացման և նվազեցման գործընթացներ: Ցանկացած մարտկոց բաղկացած է էլեկտրոդներից՝ կաթոդ (մինուս) և անոդ (գումարած): Նաև ցանկացած մարտկոցի ներսում կա բաժանարար՝ ծակոտկեն նյութ՝ ներծծված հատուկ հեղուկով՝ էլեկտրոլիտով։
Երբ մարտկոցը լիցքաթափվում է, լիթիումի իոնները տարանջատիչով շարժվում են կաթոդից դեպի անոդ՝ առաջացնելով կուտակված լիցքը (օքսիդացում): Երբ մարտկոցը լիցքավորվում է, լիթիումի իոնները շարժվում են անոդից դեպի կաթոդ հակառակ ուղղությամբ՝ կուտակելով լիցք (վերականգնում):
Լիտիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցների տեսակները
Այս քիմիայի բոլոր տեսակի մարտկոցները կարելի է բաժանել չորս կատեգորիաների.
- ԼրացվածՄարտկոց։
- Խոշոր բջիջներ զուգահեռականների տեսքով։
- Փոքր բջիջներ՝ զուգահեռականների տեսքով (պրիզմաներ - LiFePO4 մարտկոցներ 3,2 Վ-ում):
- Փոքր մետաղադրամների բջիջներ (փաթեթներ):
- Գլանաձեւ մարտկոցներ.
Լիտիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցները և բջիջները կարող են ունենալ տարբեր անվանական լարումներ՝ 12-ից մինչև 60 վոլտ: Նրանք շատ առումներով գերազանցում են ավանդական կապարաթթվային մարտկոցներին. ցիկլի ժամանակը շատ ավելի բարձր է, քաշը մի քանի անգամ ցածր է, և դրանք մի քանի անգամ ավելի արագ են լիցքավորվում։
Այս քիմիայի գլանաձև մարտկոցները օգտագործվում են ինչպես առանձին, այնպես էլ շղթայով: Այս գլանաձև մարտկոցների չափերը շատ տարբեր են՝ 14500-ից (մատի տեսակ) մինչև 32650:
Լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցներ
Առանձնահատուկ ուշադրության են արժանի Հեծանիվների և էլեկտրական ցիկլերի համար նախատեսված ֆերոֆոսֆատ մարտկոցները: Նոր երկաթ-ֆոսֆատ կաթոդի գյուտով, այս քիմիայի վրա հիմնված այլ տեսակի մարտկոցների հետ միասին, հայտնվեցին հատուկ մարտկոցներ, որոնք իրենց բարելավված բնութագրերի և ավելի թեթև քաշի շնորհիվ կարող են հարմար օգտագործվել նույնիսկ սովորական հեծանիվների վրա: Նման մարտկոցներն անմիջապես ժողովրդականություն ձեռք բերեցին իրենց հեծանիվների արդիականացման սիրահարների շրջանում:
Լիտիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցներն ի վիճակի են ապահովել մի քանի ժամ անհոգ հեծանվավազք, ինչը արժանի մրցակցություն է ներքին այրման շարժիչների համար, որոնք նախկինում հաճախ տեղադրվում էին նաև հեծանիվների վրա: Սովորաբար տվյալների համարնպատակների համար օգտագործվում են 48v LiFePO4 մարտկոցներ, սակայն հնարավոր է գնել 25, 36 և 60 վոլտ լարման մարտկոցներ։
Ֆերոֆոսֆատային մարտկոցների կիրառում
Մարտկոցների դերն այս քիմիայում պարզ է առանց մեկնաբանության: Պրիզմաները օգտագործվում են տարբեր նպատակների համար՝ LiFePO4 3, 2 վ մարտկոցներ։ Ավելի մեծ բջիջները օգտագործվում են որպես արևային էներգիայի և հողմային տուրբինների բուֆերային համակարգերի տարրեր: Ֆերոֆոսֆատային մարտկոցները ակտիվորեն օգտագործվում են էլեկտրական մեքենաների կառուցման մեջ։
Փոքր հարթ մարտկոցներ օգտագործվում են հեռախոսների, նոութբուքերի և պլանշետային համակարգիչների համար: Տարբեր ձևի գործակիցների գլանաձև մարտկոցներ օգտագործվում են օդային հրացանների, էլեկտրոնային ծխախոտի, ռադիոկառավարվող մոդելների և այլնի համար:
