Lithium-jern-fosfat-akkumulator

Lithium-jern-fosfat-akkumulatoren (også set som LFP, LiFePO4, LiFe-akkumulator) er en type af akkumulatorer, specfikt en lithium-ion-akkumulator, der benytter LiFePO4 som katodemateriale.

Lithium-jern-fosfat-akkumulator
Energi/vægt 90-120 Wh/kg
Energi/størrelse 220 Wh/L
Pris/energi 0,04-0,12 Wh/kr
Selvafladningshastighed 4-5%/måned (temperaturafhængigt)
Holdbarhed over tid 3 år; 15+ år(A123Systems[1])
Cyklusholdbarhed 500...7.300+[2]
Nominel cellespænding 3,2V
Opladningstemperaturinterval 0-45 °C
Særlige forhold

Forskellige fabrikanter cellers levetid kan være meget forskellig - ligesom prisen.

Eksploderer ikke under ekstreme betingelser; f.eks. at skudt et søm igennem cellen, overopladning eller kortsluttet, på trods af at cellen indeholder lithium. Først over 800 °C bliver cellen ustabil.[1][3][4][5]

LiFePO4 celler kan have højere aflade strømme, meget hurtig ladetider, høj energitæthed og eksploderer ikke under ekstreme betingelser, men har lavere spænding og lavere start energitæthed end de normale Li-ion celler. Bemærk venligst følgende sammenligning med de normale Li-ion celler:

  • efter 1 års brug har LiFePO4 typisk samme energitæthed
  • efter mere end 1 års brug har LiFePO4 højere energitæthed

Grunden er at LiFePO4 celler taber deres kapacitet langsommere end de normale Li-ion celler (kobolt eller mangan spinel baserede Lithium-ion-polymer-akkumulator eller Lithium-ion-akkumulator. [1][6][7]

HistorieRediger

LiFePO4 blev opdaget af John B. Goodenough's forskningsgruppe ved University of Texas i 1997 [8] som et katodemateriale til genopladelige lithium-batterier. På grund af dets lave pris, ikke-giftighed, høj tilgængelighed af jern, dets fremragende termiske stabilitet, sikkerhedskarateristikker, gode elektrokemiske ydelse – og høje specifikke kapacitet (170 mA·h/g) har cellen høstet rimelig accept. [9][10]

SpecifikationerRediger

  • Cellespænding = Min afladespænding = 2,8V Arbejdsspænding = 3,0V til 3,3V Max ladespænding = 3,6V.
  • Volume Energitæthed = 220 Wh/L
  • Gravimetrisk energítæthed = 90 Wh/kg[11]
  • Deep cycle liv = ? (Antal af Deep cycles til 66% af kapacititeten)
  • 80% Cycle liv = 2000 (Antal af cycles med afladning til 80% af målt kapacitet)
  • Katodesammensætning (vægt)
    • 90% C-LiFePO4, grade Phos-Dev-12
    • 5% Carbon EBN-10-10 (Superior Graphite)
    • 5% PVDF
  • Celle konfiguration
  • Eksperimentielle betingelser:
    • Rumtemperatur
    • Spændingsgrænser: 2,5 – 4,2V
    • Ladning: C/4 op til 4,2V, så potentiostatisk ved 4,2V indtil I <C/24

SikkerhedRediger

LiFePO4 er et betydeligt sikrere katodemateriale end LiCoO2 og mangan-spinel. Fe-P-O bindingen er stærkere end Co-O bindingen, så når LiFePO4-cellen bliver misbrugt, (kortsluttet, overvarm, osv.) er oxygen atomerne meget sværere at fjerne. Kun under ekstrem opvarmning (generelt over 800 °C) bryder cellen ned, hvilket hindrer thermal runaway som LiCoO2 er tilbøjelig til. Se følgende videos viste LiFePO4 sikkerhedsaspekter sammenlignet traditionelle Lithium-akkumulatorer.[3]

Kilder/referencerRediger

  1. ^ a b c A123Systems Citat: "...Curent test projecting excellent calendar life: 17% impedance growth and 23% capacity loss in 15 [fifteen!] years at 100% SOC, 60 deg. C..."
  2. ^ A123Systems: Technology; tryk på grøn "Thousands of Low Rate Cycles" under billede lidt til højre
  3. ^ a b Valence.com: Video of safety aspects of Lithium Phosphate technology
  4. ^ Sunhigh Battery Co.,Ltd: 3.2v LiFePO4 battery list Citat: "...The chemical structure of LiFePO4 used in SUNHIGH battery is very stable. The cycle life is extraordinary. The performance of the SUNHIGH's Fe- Battery is excellent for cycling at high temperature as well as for overcharge and over discharge...Safety Performance...Overcharge (3C 10V)...Short Circuit (60℃)...Thermal Test (150℃, 10min)...Nail Penetration...Crush Test...Impact Test...No explosion, no fire, no smoke..."
  5. ^ AA Portable Power Corp: 3.2V 10Ah LiFePo4 poly
  6. ^ lifebatt.com: Sandia report, http://www.lifebatt.eu/
  7. ^ How to prolong lithium-based batteries Citat: "...The speed by which lithium-ion ages is governed by temperature and state-of-charge. Figure 1 illustrates the capacity loss as a function of these two parameters...
    25 °C...[100% State of charge]...80% after 1 year
    40 °C...[100% State of charge]...65% after 1 year ..."
  8. ^ "Phospho-olivines as positive-electrode materials for rechargeable lithium batteries, A.K. Padhi, K.S. Nanjundaswamy and J.B. Goodenough, J. Electrochem. Soc., 144, 1188-1194 (1997).". 
  9. ^ "Bigger, Cheaper, Safer Batteries: New material charges up lithium-ion battery work".  sciencenews.org
  10. ^ "Building safer Li ion batteries".  houseofbatteries.com
  11. ^ After Gutenberg » Large-Format, Lithium Iron Phosphate

Eksterne henvisningerRediger