Kaj je litij železofosfatna baterija?

Litij železofosfatna baterija je litij ionska baterija z litijevim železovim fosfatom (LiFePO4) kot katodnim materialom in ogljikom kot katodnim materialom. Nazivna napetost ene baterije je 3,2 V, izklopna napetost polnjenja pa 3,6 V ~ 3,65 V.
Med postopkom polnjenja bo nekaj litijevih ionov litijevega železovega fosfata ušlo, elektrolitska masa pa se bo prenesla na katodo in vdelala v ogljikov material. Istočasno se elektroni sprostijo iz anode in pridejo iz zunanjega tokokroga, da ohranijo ravnovesje kemične reakcije. V procesu praznjenja litijevi ioni pobegnejo skozi magnetno silo, pridejo skozi elektrolitsko maso, se hkrati sprostijo, pridejo v zunanje vezje in zagotavljajo energijo navzven.

Litijevo železoFosfatna baterija ima prednosti visoke delovne napetosti, visoke energijske gostote, dolge življenjske dobe, dobre varnosti, nizke stopnje samopraznjenja in brez spomina.
V kristalni strukturi so atomi kisika tesno razporejeni v šest znakov. Tetraeder PO43 in FeO6 tvorita prostorski skelet kristala, Li in Fe zasedata vrzel oktaedra, P zavzema vrzel tetraedra, kjer Fe zavzema sokotni položaj, Li pa kovariantni položaj. FeO6 je med seboj povezan na BC ravnini kristala, oktaedrična struktura LiO6 v smeri osi B pa je med seboj povezana v verižno strukturo. En FeO6, dva LiO6 in en tetraeder PO43 obstajajo sočasno.

Celotna mreža FeO6 je diskontinuirana, zato ne more tvoriti prevodnosti. Po drugi strani pa tetraeder PO43 omejuje spremembo prostornine rešetke in vpliva na ablacijo in difuzijo Li, kar ima za posledico izjemno nizko elektronsko prevodnost in učinkovitost ionske difuzije katodnega materiala.

Teoretično ima baterija visoko kapaciteto (približno 170 mAh/g), izpraznitvena platforma pa je 3,4 V. Li gre naprej in nazaj med polnjenjem in praznjenjem. Med polnjenjem pride do oksidacijske reakcije in Li uide. Elektrolitska snov je vgrajena v katodo, železo pa se pretvori iz Fe2 v Fe3 in pride do oksidacijske reakcije.

Kakšne so strukturne značilnosti litij-železove fosfatne baterije?

Leva stran litij železofosfatne baterije je izdelana iz materiala olivin, ki je z baterijo povezan z aluminijasto folijo. Desno je katoda baterije sestavljena iz ogljika (grafita), ki je povezana z bakreno folijo in katodo baterije. V sredini je membrana iz ločenega polimera. Litij lahko prehaja skozi membrano, ne membrana. Notranjost baterije je napolnjena z elektrolitsko snovjo, baterija pa je zaprta s kovinskim ohišjem.

Kakšen je princip polnjenja in praznjenja baterije?

Reakcija praznjenja polnjenja litij-železove fosfatne baterije poteka med LiFePo4 in FePO4. Med polnjenjem ioni, ločeni od litija, tvorijo FePO4, med praznjenjem pa litijevi ioni vgradijo FePO4 in tvorijo LiFePo4.

Ko je baterija napolnjena, se litijevi ioni premaknejo iz kristala litijevega železovega fosfata na kristalno površino, vstopijo v elektrolitsko snov pod vplivom električne poljske sile, preidejo skozi diafragmo in se nato premaknejo na površino kristala grafita skozi elektrolit, in nato vdelana v grafitno mrežo. Po drugi strani pa zbiralnik iz bakrene folije teče skozi prevodnik do zbiralnika iz aluminijaste folije, skozi ušesce, steber akumulatorja, zunanje vezje, uho do katode baterije in skozi prevodnik do grafitne katode. Ravnovesje naboja katode. Ko se litijevi ioni defazirajo iz litijevega železovega fosfata, se litijev železov fosfat pretvori v železov fosfat.