หลักการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตคืออะไร?

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) เป็นวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบและคาร์บอนเป็นวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบ แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่เดี่ยวคือ 3.2V และแรงดันไฟฟ้าตัดการชาร์จคือ 3.6V~3.65V

ในระหว่างกระบวนการชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต ลิเธียมไอออนของลิเธียมเหล็กฟอสเฟตบางตัวจะหลบหนีและเข้าไปในแคโทดผ่านอิเล็กโทรไลต์เพื่อฝังวัสดุคาร์บอนแคโทด ขณะเดียวกันอิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมาจากขั้วบวกไปยังแคโทดจากวงจรควบคุมภายนอก เพื่อรักษาสมดุลของปฏิกิริยาเคมี ในกระบวนการคายประจุ ลิเธียมไอออนจะหลบหนีผ่านแรงแม่เหล็กและไปถึงขั้วบวกผ่านอิเล็กโทรไลต์ ในขณะที่อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแคโทดจะไปถึงขั้วบวกผ่านวงจรภายนอกเพื่อให้พลังงานแก่ภายนอก

การพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมีข้อดีคือไฟฟ้าแรงสูง ความหนาแน่นของพลังงานสูง อายุการใช้งานยาวนาน ประสิทธิภาพทางเทคนิคด้านความปลอดภัยที่ดี อัตราการปลดปล่อยตัวเองต่ำ ไม่มีหน่วยความจำและอื่น ๆ

ในโครงสร้างผลึกของ lifepo4 อะตอมของออกซิเจนจะถูกจัดเรียงอย่างใกล้ชิดเป็นตัวอักษรหกตัว PO43 จัตุรมุขและ FeO6 แปดหน้าเป็นโครงสร้างเชิงพื้นที่ของคริสตัล Li และ Fe ครอบครองช่องว่างของรูปแปดหน้าเหล่านี้ P ครอบครองจัตุรมุขผ่านช่องว่าง โดยที่ Fe ครอบครองตำแหน่งเชิงมุมทั่วไปด้วยแปดหน้า และ Li ครอบครองตำแหน่งตัวแปรร่วมของแปดหน้าแต่ละอัน ทรงแปดหน้าของ Feo6 เชื่อมต่ออยู่บนระนาบ bc ของคริสตัล และทรงแปดหน้าของ lio6 บนแกน b เชื่อมต่อกันด้วยโครงสร้างลูกโซ่ แปดหน้า FeO6 หนึ่งตัว, แปดหน้า LiO6 สองอัน และจัตุรมุข PO43 หนึ่งตัว โครงข่ายแปดด้านทั้งหมดของ FeO6 ไม่ต่อเนื่อง ดังนั้นจึงไม่สามารถก่อให้เกิดการนำไฟฟ้าได้ ในทางกลับกัน ปริมาตรของโครงตาข่ายที่มีข้อจำกัดของจัตุรมุข PO43 มีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง ซึ่งส่งผลต่อการระเหยของ Li และการแพร่กระจายทางอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งส่งผลให้ค่าการนำไฟฟ้าทางอิเล็กทรอนิกส์และประสิทธิภาพการใช้การแพร่กระจายของไอออนของวัสดุแคโทด LiFePO4 อยู่ในระดับต่ำมาก

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมีความจุตามทฤษฎีสูง (ประมาณ 170mAh/g) และมีแพลตฟอร์มคายประจุที่ 3.4V Li ไหลไปมาระหว่างขั้วบวกและขั้วบวก การชาร์จและการคายประจุ ในระหว่างการชาร์จ จะเกิดปฏิกิริยาของเทคโนโลยีออกซิเดชั่น และ Li จะหลุดออกจากขั้วบวก ด้วยการวิเคราะห์อิเล็กโทรไลต์ที่ฝังอยู่ในแคโทด เหล็กจะเปลี่ยนจาก Fe2 เป็น Fe3 และปฏิกิริยาของระบบออกซิเดชันทางเคมีก็เกิดขึ้น

ปฏิกิริยาการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเกิดขึ้นระหว่าง lifepo_4 ถึง fepo_4 ในระหว่างกระบวนการจัดการการชาร์จ LiFePO4 สามารถสร้าง FePO4 ได้โดยการแยกตัวออกจากลิเธียมไอออนแบบเดิม และในระหว่างกระบวนการพัฒนาการปล่อยประจุ LiFePO4 สามารถเกิดขึ้นได้โดยการเพิ่มลิเธียมไอออนโดยการฝัง FePO4

เมื่อชาร์จแบตเตอรี่แล้ว ลิเธียมไอออนจะย้ายจากคริสตัลลิเธียมเหล็กฟอสเฟตไปยังพื้นผิวคริสตัล เข้าสู่อิเล็กโทรไลต์ภายใต้ผลของแรงสนามไฟฟ้า ผ่านฟิล์ม จากนั้นเคลื่อนไปยังพื้นผิวของผลึกกราไฟท์ผ่านอิเล็กโทรไลต์ จากนั้น ฝังอยู่ในโครงตาข่ายคริสตัลกราไฟท์

ในทางกลับกัน ข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์จะไหลผ่านตัวนำไปยังตัวสะสมฟอยล์อลูมิเนียมของขั้วบวกผ่านตัวดึง ขั้วแอโนดที่ใช้โดยแบตเตอรี่ วงจรควบคุมภายนอก แคโทด ตัวดึงแคโทด และตัวสะสมฟอยล์ทองแดงของ แคโทดของแบตเตอรี่และไหลไปยังแคโทดกราไฟท์จีนผ่านตัวนำ สมดุลประจุของแคโทด เมื่อลิเธียมไอออนถูกแยกออกจากลิเธียมเหล็กฟอสเฟต ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตจะถูกแปลงเป็นเหล็กฟอสเฟต เมื่อแบตเตอรี่หมด ลิเธียมไอออนจะถูกดึงออกจากคริสตัลหัวต่อสีดำ และเข้าสู่อิเล็กโทรไลต์การเรียนรู้ จากนั้นจึงสามารถถ่ายโอนไปยังพื้นผิวของผลึกลิเธียมเหล็กฟอสเฟตผ่านเมมเบรน จากนั้นฝังลงในโครงตาข่ายของลิเธียมเหล็กฟอสเฟตโดยการวิเคราะห์สารละลายอิเล็กโทรไลต์

ในเวลาเดียวกัน อิเล็กตรอนไหลผ่านตัวนำไปยังตัวสะสมฟอยล์ทองแดงแคโทด ไปยังแคโทดของแบตเตอรี่ วงจรภายนอก แอโนด แอโนดไปยังตัวสะสมฟอยล์อลูมิเนียมแอโนดของแบตเตอรี่ จากนั้นไปยังแอโนดลิเธียมเหล็กฟอสเฟตผ่านตัวนำ ประจุทั้งสองขั้วมีความสมดุล ลิเธียมไอออนสามารถแทรกลงในผลึกเหล็กฟอสเฟต และเหล็กฟอสเฟตจะถูกแปลงเป็นลิเธียมเหล็กฟอสเฟต