LiFePO₄ аккумуляторы (литий-железо-фосфатные): устройство и принцип работы

LiFePO₄ аккумулятор — это тип литиевых аккумуляторов, в котором катод сделан из литий-железо-фосфата (LiFePO₄). Такие батареи также называют LFP. Это современная и безопасная альтернатива классическим Li-ion аккумуляторам на основе кобальта, никеля или марганца (LiCoO₂, NMC и др.).

Устройство литий-железо-фосфатного аккумулятора

В основе каждого элемента LiFePO₄ — четыре ключевых узла:

• Катод — LiFePO₄ (на алюминиевом коллекторе): обеспечивает стабильность и безопасность.
• Анод — графит (на медном коллекторе).
• Электролит — жидкость или гель, по которому перемещаются ионы лития.
• Сепаратор — тонкая мембрана, предотвращающая короткое замыкание между электродами.

Отдельные ячейки — цилиндрические, призматические или пакетные — собираются в батарейные модули и оснащаются платой BMS (Battery Management System) для контроля и защиты. Для выравнивания ячеек применяется балансир.

Принцип работы LiFePO₄ аккумулятора

При зарядке ионы лития перемещаются от катода к аноду через сепаратор и интеркалируются в графит. При разрядке процесс идёт в обратном направлении: ионы возвращаются к катоду, а энергия отдаётся во внешнюю цепь. Для правильной зарядки используйте зарядные устройства для LiFePO₄.

Сравнение LiFePO₄ и Li-ion

Преимущества LiFePO₄

• Безопасность: не склонны к возгоранию даже при повреждении.
• Долговечность: до 5000 циклов без заметной деградации (см. готовые сборки 12.8 В, 25.6 В, 51.2 В).
• Стабильное напряжение: дольше держат ровные 3.2–3.3 В на элемент (ячейки 3.2 В).
• Экологичность: нет кобальта и никеля.
• Температурная стабильность: работоспособны в широком диапазоне температур.

Недостатки

• Ниже удельная энергия (масса/габариты больше при той же ёмкости).
• Цена выше из-за особенностей производства (оптимизировать стоимость помогает подбор комплекта: наборы для сборки LiFePO₄).

Где применяются

• Электромобили, электробусы, спецтехника.
• Солнечные и ветряные системы, автономные дома (стационарные накопители энергии).
• ИБП и телеком-оборудование.
• Медицина, морской транспорт (морские АКБ).
• Электровелосипеды, самокаты, складская техника.

Вывод

LiFePO₄ — стандарт надёжности и ресурса среди литиевых АКБ. Несмотря на меньшую удельную энергию, в задачах, где критичны безопасность и срок службы, именно LiFePO₄ становятся оптимальным выбором. Для проекта под ключ подберите: BMS, зарядное устройство и балансир.