Turpinājums rakstam par litija dzelzs fosfāta izmantošanas iespējām bateriju ražošanā. Iepriekš tika apskatīti vispārīgi principi, kā darbojas baterija un kādi ir tās izvērtēšanas kritēriji. Šoreiz konkrētāk apskatīsim tieši litija dzelzs fosfāta bateriju, tās plusus un mīnusus, energoietilpību un ar to saistītām problēmām, un to risinājumiem. Uzmanība tiks pievērsta arī šīs baterijas nākotnes iespējām.

LiFePO₄ bateriju plusi un mīnusi
Litija dzelzs fosfāta baterijas uzrāda lieliskus rādītājus gandrīz visos punktos, stabilā savienojuma struktūra nodrošina gan augstu drošību, gan ciklējamību. Savienojumu veidojošie elementi ir ļoti izplatīti (līdz ar to būtiski samazinās izejvielu izmaksas), pats savienojums – dabai draudzīgs. 


Dažādu litija jonu baterijās izmantoto katodmateriālu īpašību salīdzinājums.

 
Energoietilpība, lai gan zemāka nekā ļoti populārajām litija kobalta oksīda baterijām (tās tiek izmantotas lielākajā daļā pārnēsājamās sadzīves elektronikas), joprojām ir pietiekami augsta (130 Wh/kg). Vienīgais šī materiāla trūkums ir zemā elektronu vadītspēja, kas neļauj baterijai attīstīt lielu jaudu, tādēļ pašlaik LiFePO₄ baterijas ir iekarojušas vēl tikai elektrisko velosipēdu tirgu.
 


Interneta vietnes www.iloveebikes.com piedāvātais elektriskais velosipēds ar LiFePO₄ bateriju.

Daļēji šo problēmu iespējams kompensēt, izmantojot ogli. Litija dzelzs fosfāta sintēzes procesā reaģentiem pievieno ogli. Ogle noklāj LiFePO₄ kristālu graudus ar ļoti plānu ogles slānīti, kam piemīt laba elektronu vadītspēja. Šādi iespējams palielināt elektronu vadītspēju, tādējādi arī palielinot jaudu, ko baterija spēj attīstīt. Otrs risinājums ir materiālu dopēšana (citu ķīmisko elementu atomu ievadīšana vielas kristālā). Zinātnieki ir pierādījuši, ka dzelzs atomu aizstāšana ar tādiem metāliem kā kobalts, niķelis un magnijs, kā arī litija atomu aizstāšana ar vara atomiem būtiski palielina materiāla elektronu vadītspēju. Šai metodei gan ir vairāki trūkumi – samazinās kristāla struktūras stabilitāte, kā arī litija jonu vadītspēja pašā materiālā.

Plānslāņu baterijas
Vēl kādu ļoti interesantu risinājumu šai problēmai iespējams rast plānslāņu tehnoloģijās.
Ierobežojošais faktors šajā gadījumā ir strāvas blīvums - jo mazāka vadītspēja, jo mazāk ampērus uz laukuma vienību (piem. A/cm²) spēj nodrošināt, nezaudējot savas labās elektroķīmiskās īpašības. Palielinot katoda virsmas laukumu, iespējams palielināt strāvas stiprumu, nepalielinot pašu strāvas blīvumu. Tā kā kārtiņa ir pietiekami plāna (500 nm – 1 mikrons), tad iespējams būtiski palielināt virsmas laukumu, kamēr pašas baterijas masa paliek zema. Otrs plānslāņu bateriju pluss ir iespēja integrēt bateriju e-mašīnas (un jebkuras citas elektroierīces) korpusā, interjerā un citur, jo ar plānajām kārtiņām iespējams noklāt gandrīz jebkuru virsmu, kas, savukārt, paver jaunas  iespējas inovācijām automašīnu dizainā un būtiski samazina to svaru.

Lai gan plānslāņu tehnoloģijas it īpaši bateriju nozarē ir jauna un vēl līdz galam neizpētīta sfēra, zinātnieki ir pierādījuši, ka analogi materiāli (LiCoO₂ un LiCoPO₄) saglabā savas īpašības arī plānajās kārtiņās, kas liek domāt, ka plānslāņu baterijām ir perspektīvs pielietojums gan elektriskajās automašīnās, gan arī kā enerģijas avotos nano izmēru elektroierīcēs.
 


Shematisks LiFePO4 plānslāņu baterijas struktūras attēlojums.

LiFePO₄ nākotnes baterija?
Lai gan jau pašlaik sasniegtie rezultāti LiFePO4 bateriju lauciņā ir izcili un pirmās kompānijas jau piedāvā iegādāties šo produktu, materiāla pilnais potenciāls vēl nav ne sasniegts elektroķīmisko īpašību ziņā, ne arī domājot par ražošanas procesa optimizāciju, bet litija dzelzs fosfāta straujais popularitātes pieaugums zinātnieku un uzņēmēju ziņā liek nākotnē raudzīties ar zināmu optimismu. Ļoti iespējams, ka jau pēc pāris gadiem būs pieejamas pirmās komerciālās e-automašīnas, kuras enerģiju smelsies no LiFePO₄ baterijām.