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Cómo funciona Lifepo4 Battery
- Aug 22, 2018 -

Desde el advenimiento de las baterías de iones de litio, el trabajo de investigación y desarrollo a su alrededor ha continuado. A finales de la década de 1990, se desarrollaron baterías de polímero de litio. Después de 2002, se introdujeron las baterías eléctricas de fosfato de hierro y litio.

El interior de una batería de iones de litio se compone principalmente de un electrodo positivo, un electrodo negativo, un electrolito y un separador. La diferencia en los electrodos positivos y negativos y los materiales electrolíticos y la diferencia en el proceso hacen que la batería tenga un rendimiento diferente y tenga diferentes nombres. En la actualidad, el material de cátodo de la batería de iones de litio en el mercado es principalmente óxido de cobalto de litio (LiCoO2) y algunas baterías de iones de litio que usan óxido de litio y manganeso (LiMn2O4) y óxido de litio y níquel (LiNiO2) como materiales de electrodos positivos, generalmente este último dos electrodos positivos La batería de iones de litio del material se denomina "batería de litio y manganeso" y "batería de níquel y litio". La batería de poder de fosfato de hierro y litio recientemente desarrollada es una batería de iones de litio que utiliza material de fosfato de hierro y litio (LiFePO4) como electrodo positivo de la batería, y es un nuevo miembro de la familia de baterías de iones de litio.

LiFePO4 es un material de electrodo positivo para baterías de iones de litio. LiFePO4 existe en forma de fosfato de hierro y litio en la naturaleza. Tiene una estructura estable, recursos abundantes, buen rendimiento de seguridad y sin toxicidad. En comparación con los materiales tradicionales del cátodo de baterías de litio LiMn2O4 y LiCoO2, las materias primas LiFePO4 están más ampliamente disponibles, son más económicas y no tienen contaminación ambiental. Es ecológico y tiene buena estabilidad térmica. Es uno de los materiales más competitivos para la próxima generación de ánodos de baterías de iones de litio. Aunque el material LiFePO4 tiene muchas propiedades electroquímicas excelentes, también tiene problemas tales como un pequeño coeficiente de difusión. Por lo tanto, los académicos nacionales y extranjeros han comenzado a estudiar la mejora de la conductividad de LiFePO4.

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En general, el electrolito de una batería de iones de litio es líquido. Más tarde, se desarrolló un electrolito de polímero de estado sólido y gel. Esta batería de iones de litio se denomina batería de polímero de litio y su rendimiento es superior al de una batería de iones de litio electrolítica líquida. El nombre completo de la batería de fosfato de hierro y litio debe ser una batería de iones de litio con fosfato de hierro y litio, el nombre es demasiado largo y se conoce como batería de fosfato de hierro y litio. Debido a que su rendimiento es particularmente adecuado para aplicaciones de energía, la palabra "potencia" se agrega al nombre, a saber, batería de potencia de fosfato de hierro y litio. Algunas personas lo llaman "batería de alimentación LiFe (LiFe)".

El principio de funcionamiento de un electrodo en la batería LiFePO4 es el siguiente:

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(1) Al descargar, el dispositivo es una batería principal, y la valencia del elemento Fe se cambia de +3 a +2, y el electrón se reduce. Por lo tanto, el electrodo es un electrodo positivo, y la fórmula de reacción del electrodo es FePO4 + e- + Li + = LiFePO4.

(2) Electrolización de 100 ml de una solución mixta que contiene 0,01 mol de CuSO4 y 0,01 mol de NaCl, y transferencia de 0,02 mol de e- en el circuito,

Ánodo: 2Cl - 2e - = Cl2 ↑,

0.01 mol 0.01 mol 0.005 mol

4OH - 4e- = 2H2O + O2 ↑,

0.01 mol 0.01 mol 0,0025 mol

Cátodo: Cu2 ++ 2e- = Cu

0.01 mol 0.02 mol

Por lo tanto, el volumen de gas generado en el ánodo en condiciones estándar = (0.005 mol + 0.0025 mol) & Tiempos; 22,4 L / mol = 0,168 L;

(3) El hierro se usa como ánodo, el carbón se usa como electrólisis del cátodo para saturar la salmuera, el ánodo Fe pierde electrones para formar iones ferrosos, luego la ecuación del electrodo del ánodo es Fe-2e- = Fe2 +, el cátodo catódico el ion hidrógeno genera electrones para generar hidrógeno , entonces la ecuación del electrodo del cátodo es: 2H ++ 2e- = H2 ↑; la formación de Fe2 +, H2 y OH- en solución, la ecuación total de la electrólisis es: Fe + 2H2O energización / .Fe (OH) 2 ↓ + H2 ↑;

La estructura interna de la batería FePO4 se muestra en la figura a continuación.

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Estructura y principio de funcionamiento de la batería LiFePO4

La estructura interna de la batería LiFePO4 se muestra en la Figura 1. A la izquierda está el LiFePO4 estructurado con olivino como el electrodo positivo de la batería. El papel de aluminio está conectado al electrodo positivo de la batería. El medio es el separador de polímero. Separa el electrodo positivo del electrodo negativo, pero el ion de litio Li + puede pasar y el electrón e-no puede pasar. El lado derecho se compone de un electrodo negativo de batería compuesto de carbono (grafito) conectado al electrodo negativo de la batería mediante una lámina de cobre. Entre los extremos superior e inferior de la batería está el electrolito de la batería, y la batería está herméticamente sellada por una carcasa de metal.

La batería de fosfato de hierro y litio funciona

Arriba hay una estructura olivina de LiFePO4 como electrodo positivo de la batería, una lámina de aluminio conectada al electrodo positivo de la batería y, a la izquierda, un diafragma de polímero, que separa el electrodo positivo del electrodo negativo, pero el ion de litio Li puede pasar y el electrón e-no puede pasar, y el lado derecho es un electrodo negativo de batería compuesto de carbono (grafito), que está conectado por una lámina de cobre al electrodo negativo de la batería. Entre los extremos superior e inferior de la batería está el electrolito de la batería, y la batería está herméticamente sellada por una carcasa de metal.

Cuando la batería LiFePO4 está cargada, el ion de litio Li en el electrodo positivo migra al electrodo negativo a través del separador de polímero; durante la descarga, el ion de litio Li en el electrodo negativo migra hacia el electrodo positivo a través del separador. Las baterías de iones de litio llevan el nombre de los iones de litio que migran hacia adelante y hacia atrás durante la carga y la descarga.

1. Cuando la batería está cargada, Li migra desde la superficie 010 del cristal de fosfato de hierro y litio a la superficie del cristal. Bajo la acción de la fuerza del campo eléctrico, el electrolito ingresa al electrolito, pasa a través del separador y luego migra a la superficie del cristal de grafito a través del electrolito, y luego incrusta el cristal de grafito. En la grilla Al mismo tiempo, los electrones fluyen a través del conductor hacia el colector de papel de aluminio del electrodo positivo, y fluyen a través de la lámina de cobre del electrodo negativo a través de la oreja, el polo de la batería, el circuito externo, el polo negativo y el negativo electrodo, y luego fluya al negativo de grafito a través del conductor eléctrico. La carga del electrodo negativo alcanza el equilibrio. Después de que los iones de litio se desentrelazan del fosfato de hierro y litio, el fosfato de hierro y litio se convierte en fosfato de hierro, y su estructura reticular cambia como se muestra en la Figura 2 anterior.

2. Cuando la batería se descarga, Li se desentrelaza del cristal de grafito, ingresa en el electrolito, pasa a través del separador y luego migra a la superficie del cristal de fosfato de hierro y litio a través del electrolito, y luego se reinserta en la red cristalina de fosfato de hierro y litio a través de la superficie 010. . Al mismo tiempo, la batería fluye a través del conductor al colector de lámina de cobre del electrodo negativo, y fluye a través de la oreja, la columna negativa de la batería, el circuito externo, el polo positivo y el electrodo positivo al colector de corriente de aluminio. del electrodo positivo de la batería, y luego fluye al fosfato de hierro a través del conductor eléctrico. El electrodo positivo de litio hace que la carga del electrodo positivo alcance el equilibrio.

Desde el principio de funcionamiento de la batería de fosfato de hierro y litio, el proceso de carga y descarga de la batería de fosfato de hierro y litio requiere la participación de iones de litio y electrones, y la velocidad de migración de los iones de litio y la velocidad de migración de los electrones debe equilibrarse. Esto requiere que los electrodos positivo y negativo de la batería de iones de litio tengan un conductor mixto de iones y electrones, y que la conductividad iónica y la conductividad electrónica sean las mismas. Sin embargo, es bien sabido que el fosfato de hierro y litio tiene una conductividad eléctrica pobre. Si bien la conductividad del electrodo negativo de grafito es mejor, para lograr una alta velocidad de descarga, aún es necesario mejorar la conductividad del electrodo negativo, de modo que la conductividad electrónica del electrodo negativo y la capacidad de los iones de litio sean desentrelazado desde el grafito son equilibrados.


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