Princípio de funcionamento e campo de aplicação da bateria de fosfato de ferro e lítio 

A bateria de fosfato de ferro-lítio, uma bateria em ascensão e com grande potencial de vendas, apresenta as vantagens de longa vida útil, alta densidade energética, alta segurança, proteção ambiental e economia de energia. É amplamente utilizada em ferramentas elétricas, sistemas solares, drones, carregadores portáteis, equipamentos médicos e brinquedos. Este artigo apresentará em detalhes a aplicação e o princípio de funcionamento da bateria de fosfato de ferro-lítio em brinquedos.

1. Estrutura básica da bateria de fosfato de ferro-lítio

Bateria de fosfato de ferro-lítio é composto principalmente de eletrodo positivo, eletrodo negativo, eletrólito e separador. Entre eles, o material do eletrodo positivo é o fosfato de ferro-lítio (LiFePO4), o material do eletrodo negativo é a grafite, o eletrólito é um solvente orgânico e uma solução salina, e o separador é usado para evitar o contato direto entre os materiais dos eletrodos positivo e negativo. Os materiais dos eletrodos positivo e negativo têm melhor desempenho do que os materiais de bateria tradicionais. Entre eles, o fosfato de ferro-lítio tem uma estrutura cristalina tetraédrica com uma constante de rede de 0,503 nm, que tem alta cristalinidade e boa estabilidade. Além disso, o fosfato de ferro-lítio tem baixa reatividade e alta segurança, por isso não é fácil causar situações perigosas, como explosão. O grafite tem boa condutividade elétrica e propriedades eletroquímicas, e pode suportar ambientes de alta corrente e alta tensão.

2. Princípio de funcionamento da bateria de fosfato de ferro-lítio

Durante o carregamento da bateria de fosfato de ferro-lítio, os íons de lítio Li+ do eletrodo positivo migram para o eletrodo negativo através do separador de polímero; durante o processo de descarga, os íons de lítio Li+ do eletrodo negativo migram para o eletrodo positivo através do separador. As baterias de íons de lítio recebem esse nome devido à migração dos íons de lítio durante o carregamento e o descarregamento.

2.1.1.Princípio de carregamento da bateria de fosfato de ferro-lítio

Quando a bateria de fosfato de ferro-lítio é carregada, o Li+ migra da superfície 010 do cristal de fosfato de ferro-lítio para a superfície do cristal, entra no eletrólito sob a ação da força do campo elétrico, passa pelo diafragma e, em seguida, migra para a superfície do grafeno por eletrólise e, em seguida, é incorporado à rede de grafeno. Ao mesmo tempo, os elétrons fluem através do condutor para o eletrodo de folha de alumínio do eletrodo positivo, através da aba, polo da bateria, circuito externo, polo negativo e aba negativa para o coletor de corrente de folha de cobre do eletrodo negativo e, em seguida, através do condutor para o eletrodo negativo de grafite, a carga do eletrodo negativo atinge o equilíbrio. Após os íons de lítio serem desintercalados do fosfato de ferro-lítio, o fosfato de ferro-lítio é convertido em fosfato de ferro.

2.1.2. Princípio de descarga da bateria de fosfato de ferro-lítio

Quando a bateria de fosfato de ferro-lítio é descarregada, o Li+ é desintercalado do cristal de grafite, entra no eletrólito, atravessa o diafragma e, em seguida, migra para a superfície do cristal de fosfato de ferro-lítio através do eletrólito, reincorporando-se ao fosfato de ferro-lítio através da superfície 010 dentro da rede. Ao mesmo tempo, a bateria flui para o coletor de folha de cobre do eletrodo negativo através do condutor, flui para o coletor de folha de cobre do eletrodo positivo através da aba, do polo negativo da bateria, do circuito externo, do polo positivo e da aba positiva, e então flui para o eletrodo positivo do fosfato de ferro-lítio através do condutor, de modo que as cargas no eletrodo positivo estejam em equilíbrio.

2.2. Equação da reação química da bateria de fosfato de ferro-lítio

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

Reação negativa: xLi+ +xe- +6C⇔LixC6;

Fórmula geral da reação: LiFePO4+6xC⇔Li1-xFePO4+LixC6.

3.Vantagens da bateria de fosfato de ferro-lítio

Em comparação com outros tipos de baterias, as baterias de fosfato de ferro-lítio têm as seguintes vantagens:

3.1 Longo ciclo de vida:

O ciclo de vida das baterias de fosfato de ferro-lítio é muito maior do que o das baterias de chumbo-ácido e de níquel-hidreto metálico, e seu ciclo de vida pode chegar a mais de 2.000 vezes.

3.2 Alta densidade energética:

Baterias de fosfato de ferro-lítio podem ser usadas em muitos campos que exigem alta densidade de energia, e sua densidade de energia é geralmente de 140-160 wh/kg, o que é 1,5 vezes maior do que a das baterias de chumbo-ácido e de níquel-hidreto metálico.

3.3 Alta segurança:

A reação química da bateria de fosfato de ferro-lítio é mais estável, e o risco de fuga térmica é menor, por isso não é fácil causar problemas como explosão e incêndio.

3.4 Proteção ambiental e economia de energia:

Não há necessidade de adicionar metais pesados na composição das baterias de fosfato de ferro-lítio, e há pouca poluição ambiental, independentemente do uso ou dos gases de exaustão; e também pode usar energia elétrica de forma eficiente para atingir a meta de economia de energia.

3.5 Boa adaptabilidade à temperatura:

Baterias de fosfato de ferro-lítio podem funcionar normalmente em ambientes de temperaturas relativamente severas (-20°C a 60°C).

3.6 Sem efeito memória:

Não há efeito de memória quando a bateria de fosfato de ferro-lítio é carregada e descarregada.

3.7 Velocidade de carregamento rápido:

O fosfato de ferro-lítio pode ser carregado em 1 a 2 horas. É mais rápido do que uma bateria comum.

4. Campo de aplicação da bateria de fosfato de ferro-lítio

Bateria de fosfato de ferro-lítio pode ser amplamente utilizado em brinquedos de alto desempenho, como carros de controle remoto, barcos de controle remoto, aeronaves de controle remoto, etc.

4.1 Carro, barco e aeronave de controle remoto

A bateria de fosfato de ferro-lítio suporta energia suficiente para carrinhos de controle remoto, o que pode prolongar sua vida útil e melhorar seu desempenho em comparação com baterias convencionais, como a bateria de fosfato de ferro-lítio de 12 V e 9 Ah. Outra característica da bateria de fosfato de ferro-lítio é sua vida útil mais longa, o que pode reduzir o número de trocas de bateria para carrinhos de controle remoto.

O invólucro da bateria de fosfato de ferro-lítio é geralmente feito de materiais à prova d'água para melhor impermeabilização. Ao mesmo tempo, o eletrólito dentro da bateria é um solvente orgânico e não é facilmente afetado pela umidade, portanto, a bateria de fosfato de ferro-lítio tem um excelente efeito à prova d'água. É à prova d'água e, devido à sua longa vida útil, as baterias de fosfato de ferro-lítio são mais adequadas para uso em barcos de controle remoto do que outras baterias tradicionais.

As baterias de fosfato de ferro-lítio são geralmente mais de duas vezes mais leves que as baterias tradicionais e suas propriedades leves são muito adequadas para aeronaves de controle remoto. Ao mesmo tempo, a bateria de fosfato de ferro-lítio também pode fornecer energia estável para a aeronave de controle remoto, permitindo que ela voe por um longo tempo.

4.2 Luz solar

O circuito de iluminação solar é geralmente composto por conversores fotoelétricos, baterias, lâmpadas LED e outros componentes. Entre eles, a bateria de fosfato de ferro-lítio, como núcleo da bateria, desempenha um papel importante no armazenamento de energia elétrica e no fornecimento de energia. Durante o uso da lâmpada solar, a bateria de fosfato de ferro-lítio pode ser carregada pelo controlador de carga solar para garantir que a bateria esteja totalmente carregada e não sobrecarregada. Ao mesmo tempo, o brilho e o interruptor da lâmpada LED são controlados pelo circuito de acionamento do LED.

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