วันนี้มีแบตเตอร์รี่เคมีประเภทต่างๆ มากมาย แบตเตอรี่ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในปัจจุบันคือลิเธียมไอออน กลุ่มนี้ยังรวมถึงแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอรอน-ฟอสเฟต (เฟอโรฟอสเฟต) แม้ว่าแบตเตอรี่ทั้งหมดในหมวดหมู่นี้จะคล้ายกันอย่างกว้างๆ ในข้อกำหนดทางเทคนิค แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตมีคุณสมบัติเฉพาะของตัวเองที่แยกความแตกต่างจากแบตเตอรี่อื่นๆ ที่ใช้เทคโนโลยีลิเธียมไอออน
เรื่องราวการค้นพบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต
ผู้ประดิษฐ์แบตเตอรี่ LiFePO4 คือ John Goodenough ซึ่งทำงานในปี 1996 ที่มหาวิทยาลัยเท็กซัสเกี่ยวกับวัสดุแคโทดใหม่สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ศาสตราจารย์สามารถสร้างวัสดุที่มีราคาถูกกว่า มีความเป็นพิษน้อยกว่า และมีความคงตัวทางความร้อนสูง ข้อบกพร่องของแบตเตอรี่ที่ใช้แคโทดใหม่คือความจุที่ต่ำกว่า
ไม่มีใครสนใจสิ่งประดิษฐ์ของ John Goodenough แต่ในปี 2546 บริษัท A 123 Systems ตัดสินใจพัฒนาเทคโนโลยีนี้โดยพิจารณาว่ามีแนวโน้มดีทีเดียว บริษัทขนาดใหญ่หลายแห่งกลายเป็นนักลงทุนในเทคโนโลยีนี้ - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola
ลักษณะของแบตเตอรี่ LiFePO4
แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่เฟอร์โรฟอสเฟตเท่ากับแบตเตอรี่เทคโนโลยีลิเธียมไอออนอื่นๆ แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดขึ้นอยู่กับขนาดของแบตเตอรี่ (ขนาด ฟอร์มแฟกเตอร์) สำหรับแบตเตอรี่ 18 650 คือ 3.7 โวลต์ สำหรับ 10 440 (นิ้วก้อย) - 3.2 สำหรับ 24 330 - 3.6.
สำหรับแบตเตอรี่เกือบทั้งหมด แรงดันไฟฟ้าจะค่อยๆ ลดลงระหว่างการคายประจุ คุณลักษณะเฉพาะอย่างหนึ่งคือความเสถียรของแรงดันไฟฟ้าเมื่อทำงานกับแบตเตอรี่ LiFePO4 แบตเตอรี่ที่ผลิตโดยใช้เทคโนโลยีนิกเกิล (นิกเกิล-แคดเมียม นิกเกิล-เมทัล ไฮไดรด์) มีลักษณะแรงดันไฟฟ้าคล้ายกับแบตเตอรี่เหล่านี้
แบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟตสามารถจ่ายไฟได้ระหว่าง 3.0 ถึง 3.2 โวลต์จนกว่าจะหมดประจุจนหมด คุณสมบัตินี้ให้ประโยชน์มากขึ้นกับแบตเตอรี่เหล่านี้เมื่อใช้ในวงจร เนื่องจากแทบไม่จำเป็นต้องมีการควบคุมแรงดันไฟฟ้า
แรงดันไฟคายประจุเต็มคือ 2.0 โวลต์ ซึ่งเป็นขีดจำกัดการคายประจุต่ำสุดที่บันทึกไว้ของแบตเตอรี่ลิเธียมเทคโนโลยีใดๆ แบตเตอรี่เหล่านี้เป็นผู้นำในอายุการใช้งานซึ่งเทียบเท่ากับ 2,000 รอบสำหรับการชาร์จและการคายประจุ เนื่องจากความปลอดภัยของโครงสร้างทางเคมี แบตเตอรี่ LiFePO4 สามารถชาร์จโดยใช้วิธีการเร่งเดลต้า V พิเศษเมื่อใช้กระแสไฟขนาดใหญ่กับแบตเตอรี่
แบตเตอรี่จำนวนมากไม่สามารถทนต่อวิธีการชาร์จนี้ได้ ทำให้แบตเตอรี่ร้อนจัดและเสื่อมสภาพ ในกรณีของแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอรอน-ฟอสเฟต การใช้วิธีนี้ไม่เพียงแต่เป็นไปได้ แต่ยังแนะนำอีกด้วย ดังนั้นจึงมีเครื่องชาร์จพิเศษสำหรับชาร์จแบตเตอรี่ดังกล่าวโดยเฉพาะ แน่นอนว่าเครื่องชาร์จดังกล่าวไม่สามารถใช้กับแบตเตอรี่ที่มีสารเคมีอื่นได้ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตบนเครื่องชาร์จเหล่านี้สามารถชาร์จจนเต็มได้ภายใน 15-30 นาทีทั้งนี้ขึ้นอยู่กับฟอร์มแฟกเตอร์
การพัฒนาล่าสุดในด้านแบตเตอรี่ LiFePO4 นำเสนอแบตเตอรี่ของผู้ใช้ที่มีช่วงอุณหภูมิการทำงานที่ดีขึ้น หากช่วงการทำงานมาตรฐานสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอยู่ที่ -20 ถึง +20 องศาเซลเซียส แสดงว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตสามารถทำงานได้อย่างสมบูรณ์ในช่วง -30 ถึง +55 การชาร์จหรือคายประจุแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิสูงกว่าหรือต่ำกว่าที่อธิบายไว้จะทำให้แบตเตอรี่เสียหายอย่างรุนแรง
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตได้รับผลกระทบจากการเสื่อมสภาพน้อยกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอื่นๆ อายุคือการสูญเสียความจุตามธรรมชาติเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งไม่ขึ้นกับว่าแบตเตอรี่ถูกใช้งานหรืออยู่บนหิ้ง เมื่อเปรียบเทียบแล้ว แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั้งหมดจะสูญเสียความจุประมาณ 10% ในแต่ละปี ลิเธียมโซเดียมฟอสเฟตสูญเสียเพียง 1.5%
ข้อเสียของแบตเตอรี่เหล่านี้คือความจุที่ต่ำกว่า ซึ่งน้อยกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอื่นๆ 14% (หรือมากกว่านั้น)
ความปลอดภัยของแบตเตอรี่เฟอร์โรฟอสเฟต
แบตเตอรี่ประเภทนี้ถือว่าปลอดภัยที่สุดในบรรดาแบตเตอรี่ที่มีอยู่ทั้งหมด แบตเตอรี่ลิเธียมฟอสเฟต LiFePO4 มีเคมีที่เสถียรมาก และสามารถทนต่องานหนักได้ดีในการคายประจุ (ในการทำงานที่มีความต้านทานต่ำ) และการชาร์จ (เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ด้วยกระแสไฟสูง)
เนื่องจากฟอสเฟตมีความปลอดภัยทางเคมี แบตเตอรี่เหล่านี้จึงทิ้งได้ง่ายขึ้นหลังจากที่ใช้ทรัพยากรหมดแล้ว แบตเตอรี่จำนวนมากที่มีสารเคมีอันตราย (เช่น ลิเธียม-โคบอลต์) ต้องผ่านกระบวนการรีไซเคิลเพิ่มเติมเพื่อขจัดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม
การชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟต
สาเหตุหนึ่งที่นักลงทุนสนใจในเชิงพาณิชย์เกี่ยวกับเคมีเฟอร์โรฟอสเฟตคือความสามารถในการชาร์จอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นผลมาจากความเสถียร ทันทีที่ปล่อยแบตเตอรี่ LiFePO4 ออกจากสายพานลำเลียง พวกเขาถูกจัดวางให้เป็นแบตเตอรี่ที่สามารถชาร์จได้อย่างรวดเร็ว
ที่ชาร์จแบบพิเศษถูกผลิตขึ้นเพื่อการนี้ ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น เครื่องชาร์จดังกล่าวไม่สามารถใช้กับแบตเตอรี่อื่นได้ เนื่องจากจะทำให้มีความร้อนสูงเกินไปและจะสร้างความเสียหายอย่างมากพวกเขา
เครื่องชาร์จพิเศษสำหรับแบตเตอรี่เหล่านี้สามารถชาร์จได้ภายใน 12-15 นาที แบตเตอรี่เฟอร์โรฟอสเฟตสามารถชาร์จด้วยเครื่องชาร์จทั่วไปได้ นอกจากนี้ยังมีตัวเลือกที่ชาร์จแบบผสมผสานกับโหมดการชาร์จทั้งสองแบบ แน่นอนว่าทางเลือกที่ดีที่สุดคือการใช้ที่ชาร์จอัจฉริยะที่มีตัวเลือกมากมายในการควบคุมกระบวนการชาร์จ
อุปกรณ์แบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟต
แบตเตอรี่ LiFePO4 ลิเธียม-ไอรอน-ฟอสเฟตไม่มีคุณสมบัติพิเศษในโครงสร้างภายในเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ในเทคโนโลยีเคมี มีเพียงองค์ประกอบเดียวเท่านั้นที่มีการเปลี่ยนแปลง - แคโทดที่ทำจากเหล็กฟอสเฟต วัสดุแอโนดคือลิเธียม (แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั้งหมดมีลิเธียมแอโนด)
การทำงานของแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับการย้อนกลับของปฏิกิริยาเคมี มิฉะนั้น กระบวนการที่เกิดขึ้นภายในแบตเตอรี่จะเรียกว่ากระบวนการออกซิเดชันและรีดักชัน แบตเตอรี่ใด ๆ ประกอบด้วยอิเล็กโทรด - แคโทด (ลบ) และขั้วบวก (บวก) นอกจากนี้ ภายในแบตเตอรี่ยังมีตัวคั่น - วัสดุที่มีรูพรุนที่ชุบด้วยของเหลวพิเศษ - อิเล็กโทรไลต์
เมื่อแบตเตอรี่หมด ลิเธียมไอออนจะเคลื่อนผ่านตัวคั่นจากแคโทดไปยังแอโนด ทำให้เกิดประจุสะสม (ออกซิเดชัน) เมื่อชาร์จแบตเตอรี่แล้ว ลิเธียมไอออนจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามจากแอโนดไปยังแคโทด สะสมประจุ (กำลังฟื้นตัว)
ประเภทของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต
แบตเตอรี่ทุกประเภทในวิชาเคมีนี้สามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภท:
- เสร็จสมบูรณ์แบตเตอรี่
- เซลล์ขนาดใหญ่ในรูปแบบขนาน
- เซลล์ขนาดเล็กในรูปแบบขนาน (ปริซึม - แบตเตอรี่ LiFePO4 ที่ 3.2 V)
- เซลล์เหรียญขนาดเล็ก (แพ็ค).
- แบตเตอรี่ทรงกระบอก
แบตเตอรี่และเซลล์ลิเธียมไอรอนฟอสเฟตสามารถมีแรงดันไฟฟ้าที่ต่างกันได้ตั้งแต่ 12 ถึง 60 โวลต์ มีประสิทธิภาพเหนือกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดแบบดั้งเดิมในหลาย ๆ ด้าน: รอบเวลาสูงขึ้นมาก น้ำหนักลดลงหลายเท่า และชาร์จเร็วขึ้นหลายเท่า
แบตเตอรี่ทรงกระบอกในวิชาเคมีนี้ใช้ทั้งแบบแยกกันและแบบลูกโซ่ ขนาดของแบตเตอรี่ทรงกระบอกเหล่านี้แตกต่างกันมาก: จาก 14,500 (ประเภทนิ้ว) ถึง 32,650
แบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟต
แบตเตอรี่เฟอร์โรฟอสเฟตสำหรับรถจักรยานและวงจรไฟฟ้าควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ ด้วยการประดิษฐ์แคโทดเหล็ก-ฟอสเฟตใหม่ ร่วมกับแบตเตอรี่ประเภทอื่นๆ ที่มีพื้นฐานทางเคมีนี้ แบตเตอรี่ชนิดพิเศษจึงออกมา ซึ่งเนื่องจากคุณลักษณะที่ดีขึ้นและน้ำหนักเบา สามารถใช้งานได้สะดวกแม้กับจักรยานธรรมดา แบตเตอรี่ดังกล่าวได้รับความนิยมในหมู่แฟน ๆ ในการอัปเกรดจักรยานของพวกเขาในทันที
แบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟตสามารถให้การปั่นจักรยานอย่างไร้กังวลเป็นเวลาหลายชั่วโมง ซึ่งเป็นการแข่งขันที่คู่ควรกับเครื่องยนต์สันดาปภายใน ซึ่งมักจะติดตั้งบนจักรยานด้วยเช่นกัน โดยปกติสำหรับข้อมูลวัตถุประสงค์ ใช้แบตเตอรี่ LiFePO4 48v แต่สามารถซื้อแบตเตอรี่ขนาด 25, 36 และ 60 โวลต์ได้
การใช้แบตเตอรี่เฟอร์โรฟอสเฟต
บทบาทของแบตเตอรี่ในวิชาเคมีนี้ชัดเจนโดยไม่ต้องแสดงความคิดเห็น ปริซึมใช้เพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน - แบตเตอรี่ LiFePO4 3, 2 v เซลล์ขนาดใหญ่ใช้เป็นองค์ประกอบของระบบบัฟเฟอร์สำหรับพลังงานแสงอาทิตย์และกังหันลม แบตเตอรี่เฟอร์โรฟอสเฟตถูกใช้อย่างแข็งขันในการก่อสร้างรถยนต์ไฟฟ้า
แบตเตอรี่แบบแบนขนาดเล็กใช้สำหรับโทรศัพท์ แล็ปท็อป และแท็บเล็ตพีซี แบตเตอรี่ทรงกระบอกที่มีรูปแบบต่างกันใช้สำหรับปืนอัดลม บุหรี่ไฟฟ้า รุ่นควบคุมด้วยวิทยุ ฯลฯ
