Akumulator LiFePO4

Raporty Tesli za III kwartał 2021 roku zapowiadają przejście na akumulatory LiFePO4 jako nowy standard w pojazdach. Ale czym właściwie są akumulatory LiFePO4?

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

Wprowadzenie do akumulatorów LiFePO4

Akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy (LFP) to akumulator litowo-jonowy o szybszym czasie ładowania i rozładowywania. Jest to akumulator z katodą LiFePO4 i grafitową elektrodą węglową z metalowym podkładem jako anodą.

Akumulatory LiFePO4 charakteryzują się niższą gęstością energii niż akumulatory litowo-jonowe i niższym napięciem roboczym. Charakteryzują się niskim stopniem rozładowania o poziomych krzywych i są bezpieczniejsze niż akumulatory litowo-jonowe. Akumulatory te są również znane jako akumulatory litowo-ferrofosforanowe.

Wynalezienie baterii LiFePO4

Akumulatory LiFePO4 zostały wynalezione przez Johna B. Goodenougha i Arumugama Manthirama. Byli oni jednymi z pierwszych, którzy określili materiały stosowane w akumulatorach litowo-jonowych. Materiały anodowe nie są idealne dla akumulatorów litowo-jonowych ze względu na tendencję do natychmiastowego zwarcia.

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

Obecnie akumulatory LiFePO4 są powszechnie stosowane i znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach, m.in. w łodziach, systemach solarnych i pojazdach. Akumulatory LiFePO4 nie zawierają kobaltu i są tańsze niż większość alternatywnych rozwiązań. Są nietoksyczne i charakteryzują się dłuższym okresem przydatności do użycia.

Specyfikacja baterii LFP -

Funkcja systemów zarządzania baterią w bateriach LFP

Akumulatory LFP składają się nie tylko z połączonych ogniw; posiadają system, który zapewnia, że ​​akumulator utrzymuje się w bezpiecznych granicach. System zarządzania akumulatorem (BMS) zabezpiecza, kontroluje i monitoruje akumulator w warunkach roboczych, zapewniając bezpieczeństwo i wydłużając jego żywotność.

Funkcja systemów zarządzania baterią w bateriach LFP -

Mimo że ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowe są bardziej odporne na obciążenia, są podatne na przepięcia podczas ładowania, co obniża ich wydajność. Materiał użyty do wykonania katody może ulec degradacji i utracić stabilność. System BMS reguluje moc wyjściową każdego ogniwa i zapewnia utrzymanie maksymalnego napięcia akumulatora.

Wraz z degradacją materiałów elektrod, niedobór napięcia staje się poważnym problemem. Jeśli napięcie któregokolwiek ogniwa spadnie poniżej określonego progu, system BMS odłącza akumulator od obwodu. Służy on również jako zabezpieczenie w przypadku przetężenia i wyłącza go w przypadku zwarcia.

Baterie LiFePO4 kontra baterie litowo-jonowe

Akumulatory LiFePO4 nie nadają się do urządzeń noszonych, takich jak zegarki. Charakteryzują się niższą gęstością energetyczną niż inne akumulatory litowe. Są jednak najlepszym rozwiązaniem dla systemów energii słonecznej, kamperów, wózków golfowych, łodzi wędkarskich i motocykli elektrycznych.

★Jedną z głównych zalet tych akumulatorów jest ich cykl życia.

Te baterie mogą działać ponad 4 razy dłużej niż inne. Są bezpieczniejsze i mogą osiągnąć nawet 100% głębokości rozładowania, co oznacza, że ​​można ich używać przez dłuższy czas.

Poniżej przedstawiamy dodatkowe powody, dla których te baterie są lepszą alternatywą dla baterii litowo-jonowych.

★Niski koszt

Akumulatory LFP składają się z żelaza i fosforu, wydobywanych na ogromną skalę, i są niedrogie. Szacuje się, że koszt akumulatorów LFP jest nawet o 70% niższy na kg niż w przypadku akumulatorów NMC bogatych w nikiel. Ich skład chemiczny zapewnia przewagę cenową. Najniższe odnotowane ceny ogniw do akumulatorów LFP spadły poniżej 100 USD/kWh po raz pierwszy w 2020 roku.

★Niewielki wpływ na środowisko
Baterie LFP nie zawierają niklu ani kobaltu, które są drogie i mają duży wpływ na środowisko. Baterie te nadają się do wielokrotnego ładowania, co świadczy o ich ekologiczności.

★Poprawa wydajności i efektywności
Akumulatory LFP charakteryzują się długą żywotnością, co czyni je popularnym wyborem w zastosowaniach wymagających niezawodnego i stabilnego zasilania przez długi czas. Akumulatory te charakteryzują się wolniejszym tempem utraty pojemności niż inne akumulatory litowo-jonowe, co pomaga zachować ich wydajność w długim okresie. Ponadto charakteryzują się niższym napięciem roboczym, co przekłada się na mniejszą rezystancję wewnętrzną i szybsze ładowanie/rozładowywanie.

★Zwiększone bezpieczeństwo i stabilność
Akumulatory LFP są stabilne termicznie i chemicznie, dlatego są mniej podatne na wybuch lub zapłon. LFP wytwarza jedną szóstą ciepła w porównaniu z NMC bogatym w nikiel. Ponieważ wiązanie Co-O jest silniejsze w akumulatorach LFP, atomy tlenu uwalniają się wolniej w przypadku zwarcia lub przegrzania. Co więcej, w pełni naładowane ogniwa nie zawierają litu, co czyni je wysoce odpornymi na utratę tlenu w porównaniu z reakcjami egzotermicznymi obserwowanymi w innych ogniwach litowych.

★Mały i lekki
Akumulatory LFP są prawie o 50% lżejsze niż akumulatory litowo-manganowo-tlenkowe. Są nawet o 70% lżejsze niż akumulatory kwasowo-ołowiowe. Używając akumulatora LiFePO4 w pojeździe, zużywasz mniej paliwa i masz większą zwrotność. Są one również małe i kompaktowe, co pozwala zaoszczędzić miejsce w skuterze, łodzi, kamperze lub w zastosowaniach przemysłowych.

Baterie LiFePO4 a baterie nielitowe
Baterie inne niż litowe mają szereg zalet, ale prawdopodobnie zostaną zastąpione w perspektywie średnioterminowej ze względu na potencjał nowych baterii LiFePo4, gdyż starsza technologia jest droga i mniej wydajna.

☆Akumulatory kwasowo-ołowiowe
Akumulatory kwasowo-ołowiowe mogą początkowo wydawać się opłacalne, ale w dłuższej perspektywie okazują się droższe. Wynika to z faktu, że wymagają częstszej konserwacji i wymiany. Akumulator LiFePO4 będzie działał 2-4 razy dłużej bez konieczności konserwacji.

☆Akumulatory żelowe
Akumulatory żelowe, takie jak akumulatory LiFePO4, nie wymagają częstego ładowania i nie tracą ładunku podczas przechowywania. Jednak akumulatory żelowe ładują się wolniej. Należy je odłączyć natychmiast po pełnym naładowaniu, aby uniknąć ich uszkodzenia.

☆Akumulatory AGM
Podczas gdy akumulatory AGM są narażone na wysokie ryzyko uszkodzenia poniżej 50% pojemności, akumulatory LiFePO4 można całkowicie rozładować bez ryzyka uszkodzenia. Co więcej, trudno jest je utrzymać w dobrym stanie.

Zastosowania akumulatorów LiFePO4
Akumulatory LiFePO4 mają wiele cennych zastosowań, w tym:

●Łodzie wędkarskie i kajaki: Możesz spędzić więcej czasu na wodzie, ładując je krócej i korzystając z nich dłużej. Niższa waga zapewnia łatwiejszą obsługę i mniejsze zużycie paliwa podczas zawodów wędkarskich o wysoką stawkę.

●Skutery i motorowery: Nie ma tu zbędnego balastu, który mógłby Cię spowolnić. Ładuj akumulator do poziomu niższego niż pełna pojemność, aby nie uszkodzić go podczas spontanicznych przejażdżek.

●Konfiguracje solarne: Zabierz ze sobą lekkie akumulatory LiFePO4, gdziekolwiek Cię poniesie życie (nawet w góry lub poza siecią), aby wykorzystać energię słoneczną.

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

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

Możliwości implementacji LFP w skali Wid
Chociaż akumulatory LFP są tańsze i bardziej stabilne niż alternatywne rozwiązania, gęstość energii stanowiła istotną barierę dla ich powszechnego zastosowania. Akumulatory LFP charakteryzują się znacznie niższą gęstością energii, wahającą się między 15 a 25%. Sytuacja ta ulega jednak zmianie dzięki zastosowaniu grubszych elektrod, takich jak te zastosowane w produkowanym w Szanghaju modelu 3, który charakteryzuje się gęstością energii wynoszącą 359 Wh/litr.

Ze względu na długi cykl życia akumulatory LFP mają większą pojemność niż akumulatory litowo-jonowe o porównywalnej wadze. Oznacza to, że gęstość energii tych akumulatorów będzie z czasem coraz bardziej zbliżona.

Kolejną barierą dla masowej adopcji jest dominująca pozycja Chin na rynku dzięki licznym patentom na LFP. Wraz z wygaśnięciem tych patentów pojawiają się spekulacje, że produkcja LFP, podobnie jak produkcja pojazdów, będzie lokalna.

Duzi producenci samochodów, tacy jak Ford, Volkswagen i Tesla, coraz częściej wykorzystują tę technologię, zastępując mieszanki niklu i kobaltu. Niedawne ogłoszenie Tesli w kwartalnym raporcie to dopiero początek. Tesla przedstawiła również krótką aktualizację dotyczącą swojego akumulatora 4680, który będzie charakteryzował się większą gęstością energii i zasięgiem. Możliwe jest również, że Tesla zastosuje konstrukcję „cell-to-pack”, aby zmieścić więcej ogniw i obniżyć gęstość energii.

Pomimo swojego wieku,LFPa obniżenie kosztów akumulatorów może mieć kluczowe znaczenie dla przyspieszenia masowej adopcji pojazdów elektrycznych. Przewiduje się, że do 2023 roku ceny akumulatorów litowo-jonowych zbliżą się do 100 USD/kWh. Akumulatory LFP mogą umożliwić producentom samochodów skupienie się na takich czynnikach jak wygoda czy czas ładowania, a nie tylko na cenie.