Bateria LiFePO4

W raportach Tesli za trzeci kwartał 2021 r. ogłoszono przejście na akumulatory LiFePO4 jako nowy standard w jej pojazdach.Ale czym dokładnie są akumulatory LiFePO4?

NOWY JORK, NOWY JORK, USA, 26 maja 2022 r. /EINPresswire.com / — Czy są one lepszą alternatywą dla akumulatorów litowo-jonowych?Czym te baterie różnią się od innych baterii?

Wprowadzenie do akumulatorów LiFePO4

Bateria litowo-żelazowo-fosforanowa (LFP) to bateria litowo-jonowa charakteryzująca się szybszym ładowaniem i rozładowywaniem.Jest to akumulator z LiFePO4 jako katodą i grafitową elektrodą węglową z metalowym podłożem jako anodą.

Akumulatory LiFePO4 mają niższą gęstość energii niż akumulatory litowo-jonowe i niższe napięcie robocze.Charakteryzują się niskim współczynnikiem rozładowania przy poziomych krzywiznach i są bezpieczniejsze niż akumulatory litowo-jonowe.Baterie te są również znane jako baterie litowo-żelazofosforanowe.

Wynalezienie akumulatorów LiFePO4

Baterie LiFePO4 zostały wynalezione przez Johna B. Goodenougha i Arumugama Manthirama.Jako jedni z pierwszych określili materiały stosowane w akumulatorach litowo-jonowych.Materiały anodowe nie są idealne do akumulatorów litowo-jonowych ze względu na ich tendencję do natychmiastowego zwarcia.

Naukowcy odkryli, że materiały katod są lepsze w porównaniu z katodami z akumulatorów litowo-jonowych.Jest to szczególnie widoczne w wariantach akumulatorów LiFePO4.Zwiększają stabilność i przewodność oraz poprawiają wiele innych aspektów.

Obecnie akumulatory LiFePO4 można znaleźć wszędzie i mają różne zastosowania, w tym łodzie, systemy słoneczne i pojazdy.Baterie LiFePO4 nie zawierają kobaltu i są tańsze niż większość alternatyw.Jest nietoksyczny i ma dłuższy okres przydatności do spożycia.

Dane techniczne akumulatora LFP —

Funkcja systemów zarządzania akumulatorami w akumulatorach LFP

Akumulatory LFP składają się z czegoś więcej niż tylko połączonych ogniw;mają system, który zapewnia, że ​​poziom naładowania baterii utrzymuje się w bezpiecznych granicach.System zarządzania akumulatorem (BMS) zabezpiecza, kontroluje i monitoruje akumulator w warunkach pracy, aby zapewnić bezpieczeństwo i wydłużyć jego żywotność.

Funkcja systemów zarządzania akumulatorami w akumulatorach LFP -

Pomimo tego, że ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowe są bardziej tolerancyjne, są jednak podatne na przepięcia podczas ładowania, co zmniejsza wydajność.Materiał zastosowany w katodzie może potencjalnie ulec zniszczeniu i utracić swoją stabilność.BMS reguluje moc wyjściową każdego ogniwa i zapewnia utrzymanie maksymalnego napięcia akumulatora.

W miarę degradacji materiałów elektrody poważnym problemem staje się zbyt niskie napięcie.Jeśli napięcie któregokolwiek ogniwa spadnie poniżej określonego progu, BMS odłączy akumulator od obwodu.Służy również jako zabezpieczenie w przypadku przetężenia i wyłącza działanie w przypadku zwarcia.

Baterie LiFePO4 a baterie litowo-jonowe

Baterie LiFePO4 nie nadają się do urządzeń przenośnych, takich jak zegarki.Mają niższą gęstość energii niż jakiekolwiek inne baterie litowe.Są jednak najlepszą rzeczą w przypadku systemów energii słonecznej, pojazdów kempingowych, wózków golfowych, łodzi basowych i motocykli elektrycznych.

★Jedną z głównych zalet tych akumulatorów jest ich żywotność.

Baterie te wytrzymują ponad 4 razy dłużej niż inne.Są bezpieczniejsze i mogą sięgać do 100% głębokości rozładowania, co oznacza, że ​​można z nich korzystać przez dłuższy czas.

Poniżej znajdują się dodatkowe powody, dla których te akumulatory są lepszą alternatywą dla akumulatorów litowo-jonowych.

★Niski koszt

Baterie LFP składają się z żelaza i fosforu, wydobywanego na ogromną skalę i są niedrogie.Szacuje się, że koszt akumulatorów LFP jest aż o 70 procent niższy w przeliczeniu na kg niż akumulatorów NMC bogatych w nikiel.Jego skład chemiczny zapewnia przewagę kosztową.Najniższe odnotowane ceny ogniw do akumulatorów LFP po raz pierwszy w 2020 r. spadły poniżej 100 dolarów za kWh.

★ Mały wpływ na środowisko
Baterie LFP nie zawierają niklu ani kobaltu, które są drogie i mają duży wpływ na środowisko.Baterie te można ładować, co świadczy o ich przyjazności dla środowiska.

★ Poprawiona wydajność i wydajność
Akumulatory LFP są znane ze swojej długiej żywotności, co czyni je popularnym wyborem do zastosowań wymagających niezawodnej i stałej mocy wyjściowej w czasie.Baterie te wykazują mniejszą utratę pojemności niż inne baterie litowo-jonowe, co pomaga zachować ich wydajność w dłuższej perspektywie.Dodatkowo mają niższe napięcie robocze, co skutkuje mniejszą rezystancją wewnętrzną i większą szybkością ładowania/rozładowania.

★Większe bezpieczeństwo i stabilność
Baterie LFP są stabilne termicznie i chemicznie, dlatego są mniej podatne na eksplozję lub zapalenie się.LFP wytwarza jedną szóstą ciepła NMC bogatego w nikiel.Ponieważ wiązanie Co-O jest silniejsze w akumulatorach LFP, atomy tlenu są uwalniane wolniej w przypadku zwarcia lub przegrzania.Co więcej, w całkowicie naładowanych ogniwach litowych nie pozostaje lit, co czyni je wysoce odpornymi na utratę tlenu w porównaniu z reakcjami egzotermicznymi obserwowanymi w innych ogniwach litowych.

★ Mały i lekki
Baterie LFP są prawie o 50% lżejsze niż baterie litowo-manganowo-tlenkowe.Są do 70% lżejsze od akumulatorów kwasowo-ołowiowych.Używając akumulatora LiFePO4 w pojeździe, zużywasz mniej paliwa i masz większą zwrotność.Są również małe i kompaktowe, co pozwala zaoszczędzić miejsce na skuterze, łodzi, kamperze lub w zastosowaniach przemysłowych.

Baterie LiFePO4 a baterie nielitowe
Baterie inne niż litowe mają wiele zalet, ale prawdopodobnie zostaną wymienione w perspektywie średnioterminowej, biorąc pod uwagę potencjał nowych baterii LiFePo4, ponieważ starsza technologia jest kosztowna i mniej wydajna.

☆Akumulatory kwasowo-ołowiowe
Na początku akumulatory kwasowo-ołowiowe mogą wydawać się opłacalne, ale w dłuższej perspektywie stają się droższe.Wynika to z faktu, że wymagają one częstszej konserwacji i wymiany.Bateria LiFePO4 wytrzyma 2-4 razy dłużej bez konieczności konserwacji.

☆Baterie żelowe
Akumulatory żelowe, podobnie jak akumulatory LiFePO4, nie wymagają częstego ładowania i nie tracą ładunku podczas przechowywania.Ale akumulatory żelowe ładują się wolniej.Należy je odłączyć zaraz po pełnym naładowaniu, aby uniknąć zniszczenia.

☆Akumulatory AGM
Podczas gdy akumulatory AGM są obarczone wysokim ryzykiem uszkodzenia poniżej 50% pojemności, akumulatory LiFePO4 można całkowicie rozładować bez ryzyka uszkodzenia.Trudno też je utrzymać.

Aplikacje dla akumulatorów LiFePO4
Baterie LiFePO4 mają wiele cennych zastosowań m.in

●Łodzie rybackie i kajaki: możesz spędzić więcej czasu na wodzie przy krótszym czasie ładowania i dłuższym czasie pracy.Mniejsza waga zapewnia łatwiejszą obsługę i wzrost prędkości podczas zawodów wędkarskich o wysokie stawki.

●Skutery i motorowery: nie ma żadnego ciężaru, który mógłby Cię spowolnić.Ładuj akumulator do poziomu mniej niż pełnego, aby móc spontanicznie podróżować bez jego uszkodzenia.

●Konfiguracje solarne: noś lekkie akumulatory LiFePO4 wszędzie tam, gdzie Cię zaprowadzi (nawet w góry lub poza siecią), aby wykorzystać energię słoneczną.

●Zastosowanie komercyjne: Są to najbezpieczniejsze i najtwardsze akumulatory litowe, co czyni je idealnymi do zastosowań przemysłowych, takich jak maszyny podłogowe, windy załadowcze i inne.

Ponadto akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe zasilają wiele innych urządzeń, takich jak latarki, papierosy elektroniczne, sprzęt radiowy, oświetlenie awaryjne i inne przedmioty.

Możliwości wdrożenia LFP na szeroką skalę
Chociaż akumulatory LFP są tańsze i bardziej stabilne niż ich alternatywy, gęstość energii stanowi istotną przeszkodę w ich powszechnym zastosowaniu.Akumulatory LFP mają znacznie niższą gęstość energii, wahającą się od 15 do 25%.Jednak sytuacja się zmienia dzięki zastosowaniu grubszych elektrod, takich jak te stosowane w wyprodukowanym w Szanghaju Modelu 3, który ma gęstość energii 359 Wh/litr.

Ze względu na długi cykl życia akumulatorów LFP mają one większą pojemność niż akumulatory Li-Ion o porównywalnej masie.Oznacza to, że gęstość energii tych akumulatorów z czasem będzie coraz bardziej podobna.

Kolejną przeszkodą w masowej adopcji jest to, że Chiny zdominowały rynek z powodu mnóstwa patentów LFP.Spekuluje się, że po wygaśnięciu tych patentów produkcja LFP, podobnie jak produkcja pojazdów, będzie zlokalizowana.

Główni producenci samochodów, tacy jak Ford, Volkswagen i Tesla, w coraz większym stopniu wykorzystują tę technologię, zastępując formuły niklu lub kobaltu.Niedawne ogłoszenie Tesli w jej kwartalnej aktualizacji to dopiero początek.Tesla przedstawiła także krótką aktualizację swojego pakietu akumulatorów 4680, który będzie charakteryzował się większą gęstością energii i większym zasięgiem.Możliwe jest również, że Tesla zastosuje konstrukcję „od ogniwa do opakowania”, aby skondensować więcej ogniw i dostosować się do niższej gęstości energii.

Pomimo swojego wieku,LFPa zmniejszenie kosztów akumulatorów może mieć kluczowe znaczenie dla przyspieszenia masowego przyjęcia pojazdów elektrycznych.Oczekuje się, że do 2023 r. ceny litu-jon będą bliskie 100 dolarów za kWh.LFP mogą umożliwić producentom samochodów położenie nacisku na takie czynniki, jak wygoda lub czas ładowania, a nie tylko cena.