Principio di funzionamento e campo di applicazione della batteria al litio ferro fosfato 

Le batterie al litio-ferro-fosfato, una batteria di recente ascesa e di successo, offrono i vantaggi di lunga durata, elevata densità energetica, elevata sicurezza, tutela ambientale e risparmio energetico. Sono ampiamente utilizzate in elettroutensili, sistemi solari, droni, power bank, apparecchiature mediche e giocattoli. Questo articolo approfondirà l'applicazione e il principio di funzionamento delle batterie al litio-ferro-fosfato nei giocattoli.

1. Struttura di base della batteria al litio ferro fosfato

Batteria al litio ferro fosfato È composta principalmente da elettrodo positivo, elettrodo negativo, elettrolita e separatore. Tra questi, il materiale dell'elettrodo positivo è il litio ferro fosfato (LiFePO4), quello dell'elettrodo negativo è la grafite, l'elettrolita è un solvente organico e una soluzione salina e il separatore viene utilizzato per impedire il contatto diretto tra i materiali dell'elettrodo positivo e negativo. Sia i materiali degli elettrodi positivi che quelli negativi offrono prestazioni migliori rispetto ai materiali delle batterie tradizionali. Tra questi, il litio ferro fosfato presenta una struttura cristallina tetraedrica con una costante reticolare di 0,503 nm, che presenta un'elevata cristallinità e una buona stabilità. Inoltre, il litio ferro fosfato presenta una bassa reattività e un'elevata sicurezza, quindi non è facile causare situazioni pericolose come un'esplosione. La grafite ha una buona conduttività elettrica e proprietà elettrochimiche e può resistere ad ambienti ad alta corrente e alta tensione.

2. Principio di funzionamento della batteria al litio ferro fosfato

Durante la carica della batteria al litio-ferro-fosfato, gli ioni di litio Li+ presenti nell'elettrodo positivo migrano verso l'elettrodo negativo attraverso il separatore polimerico; durante la scarica, gli ioni di litio Li+ presenti nell'elettrodo negativo migrano verso l'elettrodo positivo attraverso il separatore. Le batterie agli ioni di litio prendono il nome dal fatto che gli ioni di litio migrano avanti e indietro durante la carica e la scarica.

2.1.1. Principio di carica della batteria al litio ferro fosfato

Quando la batteria al litio ferro fosfato viene caricata, Li+ migra dalla superficie 010 del cristallo di litio ferro fosfato alla superficie del cristallo, entra nell'elettrolita sotto l'azione della forza del campo elettrico, passa attraverso il diaframma e quindi migra verso la superficie del grafene tramite elettrolisi, quindi incorporato nel reticolo di grafene, allo stesso tempo, gli elettroni fluiscono attraverso il conduttore verso l'elettrodo in lamina di alluminio dell'elettrodo positivo, attraverso la linguetta, il polo della batteria, il circuito esterno, il polo negativo e la linguetta negativa verso il collettore di corrente in lamina di rame dell'elettrodo negativo, e quindi attraverso il conduttore fino all'elettrodo negativo di grafite, la carica dell'elettrodo negativo raggiunge l'equilibrio. Dopo che gli ioni di litio vengono deintercalati dal litio ferro fosfato, il litio ferro fosfato viene convertito in fosfato di ferro.

2.1.2. Principio di scarica della batteria al litio ferro fosfato

Quando la batteria al litio ferro fosfato si scarica, il Li+ viene deintercalato dal cristallo di grafite, entra nell'elettrolita, attraversa il diaframma e migra verso la superficie del cristallo di litio ferro fosfato attraverso l'elettrolita, per poi reincorporarsi nel litio ferro fosfato attraverso la superficie 010 all'interno del reticolo. Allo stesso tempo, la batteria fluisce verso il collettore a lamina di rame dell'elettrodo negativo attraverso il conduttore, fluisce verso il collettore a lamina di rame dell'elettrodo positivo attraverso la linguetta, il polo negativo della batteria, il circuito esterno, il polo positivo e la linguetta positiva, e quindi fluisce verso l'elettrodo positivo del litio ferro fosfato attraverso il conduttore, in modo che le cariche all'elettrodo positivo siano in equilibrio.

2.2. Equazione della reazione chimica del pacco batteria al litio ferro fosfato

Reazione positiva: LiFePO4 ⇔ Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- ;

Reazione negativa: xLi+ +xe- +6C⇔LixC6;

Formula della reazione complessiva: LiFePO4+6xC⇔Li1-xFePO4+LixC6.

3. Vantaggi della batteria al litio ferro fosfato

Rispetto ad altri tipi di batterie, le batterie al litio ferro fosfato presentano i seguenti vantaggi:

3.1 Lunga durata del ciclo:

Il ciclo di vita delle batterie al litio ferro fosfato è molto più elevato di quello delle batterie al piombo-acido e delle batterie al nichel-metallo idruro e può superare i 2000 cicli.

3.2 Alta densità energetica:

Le batterie al litio ferro fosfato possono essere utilizzate in molti campi che richiedono un'elevata densità energetica; la loro densità energetica è generalmente pari a 140-160 wh/kg, ovvero 1,5 volte superiore a quella delle batterie al piombo-acido e delle batterie al nichel-metallo idruro.

3.3 Elevata sicurezza:

La reazione chimica della batteria al litio ferro fosfato è più stabile e il rischio di fuga termica è inferiore, quindi non è facile che si verifichino problemi come esplosioni e incendi.

3.4 Tutela ambientale e risparmio energetico:

Non c'è bisogno di aggiungere metalli pesanti nella composizione delle batterie al litio ferro fosfato e l'inquinamento ambientale è minimo, sia durante l'uso che dopo i gas di scarico; inoltre, possono utilizzare in modo efficiente l'energia elettrica per raggiungere l'obiettivo del risparmio energetico.

3.5 Buona adattabilità alla temperatura:

Le batterie al litio ferro fosfato possono funzionare normalmente in ambienti con temperature relativamente rigide (da -20°C a 60°C).

3.6 Nessun effetto memoria:

Non si verifica alcun effetto memoria quando la batteria al litio ferro fosfato viene caricata e scaricata.

3.7 Velocità di ricarica rapida:

La batteria al litio ferro fosfato può essere ricaricata in 1-2 ore. È più veloce delle batterie tradizionali.

4. Campo di applicazione della batteria al litio ferro fosfato

Batteria al litio ferro fosfato può essere ampiamente utilizzato nei giocattoli ad alte prestazioni, come auto telecomandate, barche telecomandate, aerei telecomandati, ecc.

4.1 Auto, barche e aerei telecomandati

Le batterie al litio-ferro-fosfato possono fornire energia sufficiente per le auto radiocomandate, garantendone un'autonomia maggiore e prestazioni migliori rispetto alle batterie convenzionali, come la batteria al litio-ferro-fosfato da 12 V e 9 Ah. Un'altra caratteristica delle batterie al litio-ferro-fosfato è la maggiore durata rispetto alle batterie convenzionali, che può ridurre il numero di sostituzioni per le auto radiocomandate.

L'involucro della batteria al litio-ferro-fosfato è solitamente realizzato in materiali impermeabili per una migliore impermeabilità. Allo stesso tempo, l'elettrolita all'interno della batteria è un solvente organico e non è facilmente influenzato dall'umidità, quindi la batteria al litio-ferro-fosfato ha un'ottima impermeabilità. Essendo impermeabili e, grazie alla loro lunga durata, le batterie al litio-ferro-fosfato sono più adatte all'uso su imbarcazioni radiocomandate rispetto ad altre batterie tradizionali.

Le batterie al litio-ferro-fosfato sono generalmente più di due volte più leggere delle batterie tradizionali e la loro leggerezza le rende particolarmente adatte ai velivoli radiocomandati. Allo stesso tempo, la batteria al litio-ferro-fosfato può anche fornire energia stabile al velivolo radiocomandato, consentendogli di volare a lungo.

4.2 Luce solare

Il circuito delle lampade solari è generalmente composto da convertitori fotoelettrici, batterie, luci a LED e altri componenti. Tra questi, la batteria al litio-ferro-fosfato, in quanto nucleo della batteria, svolge un ruolo importante nell'immagazzinamento dell'energia elettrica e nella fornitura di energia. Durante l'utilizzo della lampada solare, la batteria al litio-ferro-fosfato può essere caricata dal regolatore di carica solare per garantire che la batteria sia completamente carica e non sovraccaricata, e allo stesso tempo, la luminosità e l'accensione della lampada a LED sono controllate dal circuito di pilotaggio dei LED.

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