ما هي بطارية ليثيوم فوسفات الحديد؟

بطارية ليثيوم فوسفات الحديد هي بطارية ليثيوم أيون تحتوي على فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4) كمادة الكاثود والكربون كمادة الكاثود. الجهد الكهربي المقدر للبطارية المفردة هو 3.2 فولت، وجهد قطع الشحن هو 3.6 فولت ~ 3.65 فولت.
أثناء عملية الشحن، سوف تتسرب بعض أيونات الليثيوم من فوسفات حديد الليثيوم، وسيتم نقل الكتلة الإلكتروليتية إلى الكاثود ودمجها مع مادة الكربون. وفي نفس الوقت تتحرر الإلكترونات من الأنود وتصل من الدائرة الخارجية للمحافظة على توازن التفاعل الكيميائي. في عملية التفريغ، تهرب أيونات الليثيوم من خلال القوة المغناطيسية، وتصل عبر الكتلة الإلكتروليتية، وتتحرر في نفس الوقت، وتصل إلى الدائرة الخارجية، وتوفر الطاقة إلى الخارج.

حديد الليثيومتتميز بطارية الفوسفات بمزايا الجهد العالي للعمل، وكثافة الطاقة العالية، ودورة الحياة الطويلة، والسلامة الجيدة، وانخفاض معدل التفريغ الذاتي وعدم وجود ذاكرة.
في التركيب البلوري، يتم ترتيب ذرات الأكسجين بشكل وثيق في ستة أحرف. يشكل PO43 رباعي السطوح وFeO6 الهيكل العظمي المكاني للبلورة، ويحتل Li وFe فجوة المجسم الثماني، ويحتل P فجوة رباعي السطوح، حيث يحتل Fe الموقع الزاوي المشترك ويحتل Li الموضع المتغير. يرتبط FeO6 ببعضه البعض على مستوى BC للبلورة، ويرتبط الهيكل الثماني السطوح لـ LiO6 في اتجاه المحور B مع بعضها البعض في هيكل سلسلة. يتواجد واحد FeO6 واثنان LiO6 وواحد PO43 رباعي السطوح.

الشبكة الكلية لـ FeO6 متقطعة، لذلك لا يمكنها تكوين الموصلية. من ناحية أخرى، فإن رباعي السطوح PO43 يقيد تغير حجم الشبكة ويؤثر على استئصال Li وانتشاره، مما يؤدي إلى انخفاض التوصيل الإلكتروني للغاية وكفاءة نشر الأيونات لمادة الكاثود.

من الناحية النظرية، تتمتع البطارية بسعة عالية (حوالي 170 مللي أمبير/جرام)، ومنصة التفريغ 3.4 فولت. يتنقل Li ذهابًا وإيابًا بين الشحن والتفريغ. أثناء الشحن، يحدث تفاعل أكسدة، ويهرب Li. يتم دمج المادة التحليلية في الكاثود، ويتحول الحديد من Fe2 إلى Fe3، ويحدث تفاعل الأكسدة.

ما هي الخصائص الهيكلية لبطارية ليثيوم فوسفات الحديد؟

الجانب الأيسر من بطارية ليثيوم فوسفات الحديد مصنوع من مادة الزبرجد الزيتوني، والتي يتم توصيلها بالبطارية بواسطة رقائق الألومنيوم. على اليمين يوجد كاثود البطارية المكون من الكربون (الجرافيت)، والذي يتم توصيله بواسطة رقائق النحاس وكاثود البطارية. في المنتصف يوجد غشاء البوليمر المنفصل. يمكن أن يمر الليثيوم عبر الغشاء وليس الغشاء. يمتلئ الجزء الداخلي للبطارية بمادة إلكتروليتية، ويتم إغلاق البطارية بغلاف معدني.

ما هو مبدأ شحن وتفريغ البطارية؟

يحدث تفاعل تفريغ الشحن لبطارية ليثيوم فوسفات الحديد بين LiFePo4 وFePO4. أثناء الشحن، تدمج الأيونات المنفصلة عن الليثيوم FePO4، وأثناء التفريغ، تدمج أيونات الليثيوم FePO4 لتشكل LiFePo4.

عندما يتم شحن البطارية، تنتقل أيونات الليثيوم من بلورة فوسفات حديد الليثيوم إلى سطح البلورة، وتدخل المادة الإلكتروليتية تحت تأثير قوة المجال الكهربائي، وتمر عبر الحجاب الحاجز، ثم تنتقل إلى سطح بلورة الجرافيت من خلال المنحل بالكهرباء، ومن ثم جزءا لا يتجزأ من شعرية الجرافيت. من ناحية أخرى، يتدفق مجمع رقائق النحاس عبر الموصل إلى مجمع رقائق الألومنيوم، من خلال العروة، وعمود البطارية، والدائرة الخارجية، والأذن إلى كاثود البطارية، ومن خلال الموصل إلى كاثود الجرافيت. توازن شحن الكاثود. بعد إزالة أيونات الليثيوم من فوسفات حديد الليثيوم، يتحول فوسفات حديد الليثيوم إلى فوسفات الحديد.