Yeni Trend; Lityum Demir Fosfat Piller (LiFePO4)

Lityum Demir Fosfat (LiFePO4) Piller

Lityum Demir Fosfat piller lityum ion pillere göre daha güvenlidir. Geleneksel pilleregöre daha uzun şarj-deşarj ömrüne ve daha geniş hücre akım değeri aralığına sahiptir (5Ah ile 100Ah).

Silindirik olarak bulunabilen Lityum Demir Fosfat piller benzerleri arasında en iyisi sayılabilecek özellikleri mevcuttur.

Gelin hep birlikte bu pillerin özelliklerine bir göz atalım:

• Yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir 270 to 340 Wh/L. Yani uzun çalışma süresi
• Kararlı deşarj voltajı
• Aynı düzen içinde olan farklı hücreler arasında iyi seviyede tutarlılık
• Hızlı şarj edilebilir. Bir saat içinde şarj edilebilir.
• Yüksek ve güvenli sıcaklık dayanıklılık performansına sahiptir.

Lityum Demir Fosfat piller, bir tür Lityum Ion pildir. Çünkü depolama ve taşıma yöntemi aynıdır. LiFePO4 pillerde Lityum Ion yerine Lityum Metal ile taşıma ve depolama yapılır. Bu piller yalnızca yüksek kapasiteye sahip değillerdir, ayrıca yüksek güçte sağlayabilirler. Lityum Demir Fosfat piller depolama veya güç kaynağı olarak rahatlıkla kullanılabilirler.

Ayrıca Liyum Demir Fosfat piller şimdiye kadar geliştirilen en uzun ömürlü pillerdir. Laboratuvar testleri gösteriyor ki 2000’e kadar şarj/deşarj döngüsüne sahiptir. Bu durum Lityum ionlarının şarj-deşarj boyunca paketlenip, paketlerin açılmasına karşın bozulmayan Demir Fosfatın güçlü kristal yapısından kaynaklanmaktadır.

Lityum Demir Fosfat Pilin Ana Parametreleri
Normal Voltaj	3,2 Volt
Tepe Voltajı	3,65 Volt
Min Deşarj Voltajı	2,0 Volt
CV Şarj Voltajı	3,65 Volt	%100 Şarj
CV Şarj Voltajı	3,5 Volt	%95 Şarj
Şarj sıcaklığı	0-40 derece arası
Deşarj sıcaklığı	-10 – -40 derece arası

Son zamanlarda; elektrikli bisikletler, elektrikli sandalyeler, elektrikli arabalar, dizüstü bilgisayarlar, ticari olan ya da olmayan; güç gerektiren elektrik uygulamalarında en iyi tercih oldu. Lityum Demir Fosfat piller hibrit karaktere sahiptir. Kurşun Asit piller kadar güvenli, Lityum Ion piller kadar  da güçlüdür.

Lityum Demir Fosfat (LiFePO4) Pillerin Avantajları:

1. Geleneksel Şarj

Lityum Demir Fosfat bir pilin tamamen şarj olması için iki adıma ihtiyacı vardır:

Adım 1; pil, %60-70 şarja ulaşana kadar (CC) sabit akım kullanmak (şarj durumu (SoC)) Voltaj sabit değildir.

Adım 2; Her hücre için en üst sınır olan 3,65 Volt en etkili değerdir. Bu durumda sabit akımdan (CC) sabit voltaja (CV) geçilir. Her hücre için 3,65 Voltta gerilim sabitlenir.  Batarya ilk anda boş olacağı varsayıldığından yüksek akım çekmek isteyecektir ve bu akım şarj devresi tarafından sınırlandırılmalıdır. Ancak şarj değeri %60-70’lere geldiğinde akım artık bataryanın kabul edeceği bir sınırda dolmaya devam edecektir. Burada dikkat edilmesi gereken voltajın maksimum gerilim değeri olan 3,65V’u geçmemesidir.

Şarj süreci için yaklaşık olarak zaman belirlemek gerekirse; ilk adım için yani %60-70lik şarj sürecinde 1-2 saat, ikinci adım için ise (%30-40) ortalama 2 saate ihtiyaç vardır.

Akım sınırlama sebebi olarak; henüz elektrolitler ayrışmadan yüksek voltaja maruz kalabilir bu sebeple %95 şarj durumuna kadar sabit akım kullanılablir. %100 şarj durumuna ulaşmak için sabit akım + sabit gerilim süreçleri uygulanmalıdır.

• Güvenli Şarj ve Aşırı Şarj Gerlimi Tölerans Değerleri

Örneğin bir LiCoO2 pili çok dar şarj gelirimine sahiptir. Her pil hücresi 4,2Volt üzerinde 0,1Volt töleransa sahiptir. 4,3 Volt aynı zamanda şarj için üst limittir. Bu durumda 4,3 değerinin aşılması problem teşkil edecektir. Yangına veya patlamaya sebep olabilir.

LiFePO4 bir pilin her hücre için şarj değeri 3,5 Volttur. Bu değerin 0,7Volt üzerine çıkabilecek töleransa sahiptir. Yani bir LiFePO4 pili hücre başına 4,2 Volta kadar güvenle şarj edilebilir. Daha yüksek gerilim değerleri, pilin organik elektrolit yapısını bozacaktır. 12 Voltluk bir kurşun Asit şarj cihazı ile 4 hücreli bir pilin şarj edilmesi de yaygındır. Bu şarj cihazları AC adaptör veya araba alternatörü kullanıyorsa; maksimum voltajları 14,4 Volttur. Bu şekilde iyi çalışırlar fakat şarj sırasında şarj cihazının gerilimi 13,8e düşeceği için %100e ulaşmadan şarjı bitirecektir. Bu nedenle %100 şarj değerine ulaşmak için özel bir LiFePO4 şarj cihazı gereklidir.

Yüksek kapasitesi ve yüksek güçlü uygulamalar için güvenlik etkenleri göz önünde bulundurulur. Bu sebeple özel şarj cihazı gerektirir. Geniş şarj töleransı ve güvenilirlilik açısından LiFePO4 piller kurşun Asit piller gibidir.  

• Kurşun Asit Akülerden 4 Kat Daha Fazla Enerji Yoğunluğuna Sahiptir

Kurşun Asit aküler sulu bir sistemdir. Kurşun Asit akünün tek hücresi 2 Volttur. Kurşun ağır metaldir ve yaklaşık kapasitesi 44 Ah/kg’tir. Karşılaştıracak olursak; LiFePO4 piller sulu sistem değildir ve hücre gerilimi 3,2 V’tur. Kapasitesi ise 145 Ah/kg’dan daha fazladır. Gravimetrik olarak LiFePO4 pilin hücre enerji yoğunluğu 130 Wh/kg, Kurşun Asit pilin ise 35 Wh/kg’dır. Bu Şekilde bakıldığında 4 kata yakın enerji yoğunluğuna sahiptir.

• Uzun Kullanım Ömrü

LiFePO4 piller, 2000 saykılın üzerinde şarj/Deşarj ömrüne sahiptir.

• Daha Yüksek Sıcaklıklarda Çalışabilir

LiFePO4 Pilin Ana Özellikleri:

• Nikel tabanlı pillerin aksine deşarj sırasında sabit voltaja sahiptir. Hücre enerji yoğunluğu neredeyse bitene kadar 3,2 Voltta kalır.
• Hücre enerjisi bitene kadargenellikle Full Güç verebilir.
• Bu durum voltaj regülasyonu için gerekli olan devreyi olabildiğince basitleştirir.
• Lityum Demir Fosfat pillerin yanlış kullanım durumunda tutşmaları çok daha zordur. Aşırı şarj edilmiş bir pil enerjisini ancak ısı olarak verebilir.
• Kapasite kaybı daha azdır. Uzun süre performansını kaybetmez.