Batería de fosfato de hierro y litio
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La batería de fosfato de hierro y litio (LiFePO 4 , LFP) es un tipo de batería eléctrica , que es un tipo de batería de iones de litio que utiliza LiFePO 4 como cátodo.
Características
- Densidad de energía específica: 90–160 W • h / kg (320–580 J / g )
- Densidad de energía volumétrica: 220–350 W • h / dm 3 (790 kJ / dm 3 )
- Densidad aparente de la estructura: 2 kg / dm 3
- El número de ciclos de carga y descarga hasta la pérdida del 20 % de la capacidad: 2000-7000 [1] (el recurso depende en gran medida de la corriente de carga y descarga, por lo que a una corriente de 0,25 C, el recurso al 100 % de profundidad de descarga supera los 6000 ciclos, a una corriente de 1C cae a 3000. El recurso también depende de la profundidad de descarga: si a una corriente de 1C y 100% de profundidad de descarga, el recurso es de 3000 ciclos, entonces al 80% es 4500, y al 60% ya son 10000 ciclos [2] ).
- Caducidad: hasta 15 años [1]
- Autodescarga a temperatura ambiente: 3-5% por mes
- Voltaje
- máximo por celda: 3,65 V ( totalmente cargada)
- punto medio: 3.3V
- mínimo: 2V (totalmente descargado)
- trabajando: 3.0-3.3 V
- voltaje mínimo de operación (descarga): 2.5V
- Potencia específica : >6.6W / g ( a 60C de corriente de descarga)
- rango de temperatura de funcionamiento: -30°C a +55°C
Historia
LiFePO 4 fue descubierto por primera vez en 1996 por el profesor John Goodenough de la Universidad de Texas como cátodo para una batería de iones de litio . Este material se destacó porque, en comparación con el LiCoO 2 tradicional , tiene un costo significativamente menor, es menos tóxico y más estable térmicamente. La principal desventaja era que tenía una capacidad menor .
Hasta 2003, esta tecnología prácticamente no se desarrolló hasta que A123 Systems se hizo cargo de ella . La historia de A123 Systems comenzó en el laboratorio del profesor Jiang Ye-Ming del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) a finales de 2000 . En ese momento, Jiang estaba trabajando en la creación de un acumulador basado en la autorreproducción de la estructura de una solución coloidal bajo ciertas condiciones. Sin embargo, surgieron serias dificultades en este frente de trabajo, y cuando la investigación se paralizó en 2003, el equipo de Jiang se dedicó al estudio de las baterías de litio-hierro-fosfato. Los inversionistas en la compañía establecida eran corporaciones globales como Motorola , Qualcomm y Sequoia Capital .
Ventajas y desventajas
Las baterías LiFePO 4 provienen de iones de litio, pero tienen una serie de diferencias significativas:
- LiFePO 4 proporciona una vida más larga que otros enfoques de iones de litio;
- A diferencia de otras baterías de iones de litio, las baterías LiFePO 4 , al igual que las de níquel, tienen un voltaje de descarga muy estable. El voltaje de salida permanece cerca de 3,2 V durante la descarga hasta que la batería está completamente cargada. Y esto puede simplificar enormemente o incluso eliminar la necesidad de regular el voltaje en los circuitos, pero dificultar el control de la carga restante de la batería.
- Debido al voltaje de salida constante de 3,2 V, se pueden conectar cuatro baterías en serie para obtener un voltaje de salida nominal de 12,8 V, que está cerca del voltaje nominal de las baterías de plomo-ácido de seis celdas . Esto, junto con el buen rendimiento de seguridad de las baterías LFP, las convierte en un buen reemplazo potencial para las baterías de plomo-ácido en muchas industrias, como la automotriz y la energía solar. Por la misma razón, es posible utilizar baterías LiFePO 4 de 3,2 V de tamaño estándar 14500/10440 en lugar de un par de pilas galvánicas o baterías AA/AAA de 1,5 V, para las cuales se utiliza 1 batería LiFePO 4 , y en lugar de la segunda celda, se usa un inserto del mismo tamaño -conductor.
- El uso de fosfatos evita el costo del cobalto y los problemas ambientales, en particular, cuando el cobalto ingresa al medio ambiente a través de una eliminación inadecuada.
- LiFePO 4 tiene una corriente máxima más alta (y, dada la estabilidad del voltaje, una potencia máxima) que LiCoO 2 .
- La densidad de energía específica (energía/volumen) de la nueva batería LFP es aproximadamente un 14 % más baja que la de las nuevas baterías de iones de litio.
- Las baterías LiFePO 4 tienen una tasa de descarga más lenta que las baterías de plomo ácido o de iones de litio. Dado que la tasa de descarga se define como un porcentaje de la capacidad de la batería, se puede lograr una mayor tasa de descarga con baterías más grandes (más amperios-hora). Sin embargo, se pueden usar celdas LiFePO 4 con una alta corriente de descarga (que tienen una tasa de descarga más alta que las baterías de plomo-ácido o LiCoO 2 de la misma capacidad).
- Debido a la disminución más lenta de la densidad de energía, después de un tiempo de funcionamiento, las células LiFePO 4 ya tienen una densidad de energía más alta que las de LiCoO 2 y las de iones de litio.
- Las células LiFePO 4 pierden capacidad más lentamente que las de iones de litio (LiCoO 2 [óxido de cobalto de litio], LiMn 2 O 4 [espinela de manganeso de litio])
- Una de las ventajas importantes en comparación con otros tipos de baterías de iones de litio es la estabilidad térmica y química, lo que aumenta significativamente la seguridad de la batería.
- Sujeto al efecto Peukert (ley de Peukert ; incapacidad para dar plena capacidad a altas corrientes de descarga), como otras fuentes de corriente química. Sin embargo, la influencia del efecto Peukert en las baterías LiFePO4 es mínima, por lo que la capacidad durante la descarga en un cierto período de tiempo (cuando se etiqueta: C1, C5, C10, C20, etc.) cambia ligeramente.
- Resistencia a las heladas. Por ejemplo, para la batería ANR26650M1-B [3] fabricada por A123 Systems, el rango de temperatura es -30 °C ... 55 °C para operación y -40 °C ... 60 °C para almacenamiento.
- La corriente de carga disminuye significativamente a una temperatura negativa del elemento LiFePO 4 .
Este tipo de batería se utiliza activamente como almacenamiento intermedio de energía en sistemas autónomos de suministro de energía que utilizan turbinas eólicas y paneles solares, así como en equipos de almacén (transportadores de palés, carretillas retráctiles, recogepedidos, recogepedidos, apiladores, carretillas elevadoras eléctricas, tractores de remolque ), fregadoras, transporte acuático, carros de golf, bicicletas eléctricas, patinetes eléctricos, coches eléctricos y autobuses eléctricos.
Véase también
Notas
- ↑ 1 2 Acerca de las baterías A123 LiFePO4 Archivado el 15 de octubre de 2013 en Wayback Machine .
- ↑ Batería de fosfato de hierro y litio - PowerTech Systems . Consultado el 15 de agosto de 2020. Archivado desde el original el 8 de agosto de 2020. (indefinido)
- ↑ Hoja de datos A123 Systems ANR26650 (enlace no disponible) . Consultado el 29 de mayo de 2016. Archivado desde el original el 23 de diciembre de 2015. (indefinido)