Μπαταρία LiFePO4

Οι εκθέσεις για το τρίτο τρίμηνο του 2021 της Tesla ανακοίνωσαν τη μετάβαση στις μπαταρίες LiFePO4 ως το νέο πρότυπο στα οχήματά της.Τι ακριβώς είναι όμως οι μπαταρίες LiFePO4;

ΝΕΑ ΥΟΡΚΗ, ΝΕΑ ΥΟΡΚΗ, Η.Π.Α., 26 Μαΐου 2022 /EINPresswire.com / — Είναι καλύτερη εναλλακτική για τις μπαταρίες Li-Ion;Πώς διαφέρουν αυτές οι μπαταρίες από άλλες μπαταρίες;

Εισαγωγή στις μπαταρίες LiFePO4

Μια μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου (LFP) είναι μια μπαταρία ιόντων λιθίου με ταχύτερους ρυθμούς φόρτισης και εκφόρτισης.Είναι μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία με LiFePO4 ως κάθοδο και ένα ηλεκτρόδιο γραφιτικού άνθρακα με μεταλλική βάση ως άνοδο.

Οι μπαταρίες LiFePO4 έχουν χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου και χαμηλότερες τάσεις λειτουργίας.Έχουν χαμηλό ρυθμό εκφόρτισης με οριζόντιες καμπύλες και είναι ασφαλέστερα από τα Li-ion.Αυτές οι μπαταρίες είναι επίσης γνωστές ως μπαταρίες σιδηροφωσφορικού λιθίου.

Η εφεύρεση των μπαταριών LiFePO4

Οι μπαταρίες LiFePO4 εφευρέθηκαν από τους John B. Goodenough και Arumugam Manthiram.Ήταν από τους πρώτους που προσδιόρισαν τα υλικά που χρησιμοποιούνται στις μπαταρίες ιόντων λιθίου.Τα υλικά ανόδου δεν είναι ιδανικά για μπαταρίες ιόντων λιθίου λόγω της τάσης τους για άμεσο βραχυκύκλωμα.

Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι τα υλικά καθόδου είναι καλύτερα σε σύγκριση με τις κάθοδοι μπαταριών ιόντων λιθίου.Αυτό είναι ιδιαίτερα αισθητό στις παραλλαγές μπαταριών LiFePO4.Ενισχύουν τη σταθερότητα και την αγωγιμότητα και βελτιώνουν μια ποικιλία άλλων πτυχών.

Αυτές τις μέρες, οι μπαταρίες LiFePO4 βρίσκονται παντού και έχουν διάφορες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης σε σκάφη, ηλιακά συστήματα και οχήματα.Οι μπαταρίες LiFePO4 είναι χωρίς κοβάλτιο και λιγότερο ακριβές από τις περισσότερες εναλλακτικές.Είναι μη τοξικό και έχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.

Προδιαγραφές μπαταρίας LFP -

Η λειτουργία των Συστημάτων Διαχείρισης Μπαταριών στις Μπαταρίες LFP

Οι μπαταρίες LFP αποτελούνται από περισσότερα από συνδεδεμένα κελιά.διαθέτουν σύστημα που διασφαλίζει ότι η μπαταρία παραμένει εντός ασφαλών ορίων.Ένα σύστημα διαχείρισης μπαταρίας (BMS) προστατεύει, ελέγχει και παρακολουθεί την μπαταρία υπό συνθήκες λειτουργίας για να διασφαλίσει την ασφάλεια και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Η λειτουργία των Συστημάτων Διαχείρισης Μπαταριών σε Μπαταρίες LFP -

Παρά το γεγονός ότι οι κυψέλες φωσφορικού σιδήρου λιθίου είναι πιο ανεκτικές, ωστόσο είναι επιρρεπείς σε υπέρταση κατά τη φόρτιση, γεγονός που μειώνει την απόδοση.Το υλικό που χρησιμοποιείται στην κάθοδο ενδέχεται να φθαρεί και να χάσει τη σταθερότητά του.Το BMS ρυθμίζει την έξοδο κάθε κυψέλης και διασφαλίζει τη διατήρηση της μέγιστης τάσης της μπαταρίας.

Καθώς τα υλικά των ηλεκτροδίων υποβαθμίζονται, η Υποτάση γίνεται σοβαρή ανησυχία.Εάν η τάση οποιουδήποτε στοιχείου πέσει κάτω από ένα καθορισμένο όριο, το BMS αποσυνδέει την μπαταρία από το κύκλωμα.Λειτουργεί επίσης ως backstop σε κατάσταση υπερέντασης και θα τερματίσει τη λειτουργία του κατά τη διάρκεια βραχυκυκλώματος.

Μπαταρίες LiFePO4 έναντι μπαταριών ιόντων λιθίου

Οι μπαταρίες LiFePO4 δεν είναι κατάλληλες για φορητές συσκευές όπως ρολόγια.Έχουν χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα από οποιεσδήποτε άλλες μπαταρίες λιθίου.Ωστόσο, είναι ό,τι καλύτερο για συστήματα ηλιακής ενέργειας, RV, αμαξίδια γκολφ, σκάφη μπάσου και ηλεκτρικές μοτοσικλέτες.

★Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα αυτών των μπαταριών είναι η διάρκεια ζωής τους.

Αυτές οι μπαταρίες μπορούν να διαρκέσουν πάνω από 4 φορές περισσότερο από άλλες.Είναι πιο ασφαλή και μπορούν να φτάσουν έως και το 100% βάθος εκκένωσης, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μεγαλύτερη περίοδο.

Ακολουθούν πρόσθετοι λόγοι για τους οποίους αυτές οι μπαταρίες είναι μια καλύτερη εναλλακτική λύση για τις μπαταρίες Li-ion.

★Χαμηλό Κόστος

Οι μπαταρίες LFP αποτελούνται από σίδηρο και φώσφορο, εξορύσσονται σε τεράστια κλίμακα και είναι φθηνές.Το κόστος των μπαταριών LFP εκτιμάται ότι είναι έως και 70 τοις εκατό χαμηλότερο ανά κιλό από τις μπαταρίες NMC πλούσιων σε νικέλιο.Η χημική του σύνθεση παρέχει πλεονέκτημα κόστους.Οι χαμηλότερες αναφερόμενες τιμές κυψελών για μπαταρίες LFP έπεσαν κάτω από τα 100 $/kWh για πρώτη φορά το 2020.

★Μικρές Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις
Οι μπαταρίες LFP δεν περιέχουν νικέλιο ή κοβάλτιο, τα οποία είναι ακριβά και έχουν μεγάλες περιβαλλοντικές επιπτώσεις.Αυτές οι μπαταρίες είναι επαναφορτιζόμενες, γεγονός που δείχνει την φιλικότητα προς το περιβάλλον.

★Βελτιωμένη αποτελεσματικότητα και απόδοση
Οι μπαταρίες LFP είναι γνωστές για τον μεγάλο κύκλο ζωής τους, γεγονός που τις καθιστά δημοφιλή επιλογή για εφαρμογές που απαιτούν αξιόπιστη και σταθερή απόδοση ισχύος με την πάροδο του χρόνου.Αυτές οι μπαταρίες παρουσιάζουν χαμηλότερους ρυθμούς απώλειας χωρητικότητας από άλλες μπαταρίες ιόντων λιθίου, γεγονός που βοηθά στη διατήρηση της απόδοσής τους μακροπρόθεσμα.Επιπλέον, έχουν χαμηλότερη τάση λειτουργίας, με αποτέλεσμα λιγότερη εσωτερική αντίσταση και μεγαλύτερες ταχύτητες φόρτισης/εκφόρτισης.

★Βελτιωμένη ασφάλεια και σταθερότητα
Οι μπαταρίες LFP είναι θερμικά και χημικά σταθερές, επομένως είναι λιγότερο πιθανό να εκραγούν ή να πιάσουν φωτιά.Το LFP παράγει το ένα έκτο της θερμότητας του πλούσιου σε νικέλιο NMC.Επειδή ο δεσμός Co-O είναι ισχυρότερος στις μπαταρίες LFP, τα άτομα οξυγόνου απελευθερώνονται πιο αργά εάν βραχυκυκλωθούν ή υπερθερμανθούν.Επιπλέον, δεν παραμένει λίθιο σε πλήρως φορτισμένα κύτταρα, καθιστώντας τα εξαιρετικά ανθεκτικά στην απώλεια οξυγόνου σε σύγκριση με τις εξώθερμες αντιδράσεις που παρατηρούνται σε άλλα κύτταρα λιθίου.

★Μικρό και ελαφρύ
Οι μπαταρίες LFP είναι σχεδόν 50% ελαφρύτερες από τις μπαταρίες οξειδίου του μαγγανίου λιθίου.Είναι έως και 70% ελαφρύτερες από τις μπαταρίες μολύβδου-οξέος.Όταν χρησιμοποιείτε μια μπαταρία LiFePO4 σε ένα όχημα, καταναλώνετε λιγότερο αέριο και έχετε μεγαλύτερη ικανότητα ελιγμών.Είναι επίσης μικρά και συμπαγή, επιτρέποντάς σας να εξοικονομήσετε χώρο στο σκούτερ, το σκάφος, το RV ή τη βιομηχανική σας εφαρμογή.

Μπαταρίες LiFePO4 έναντι μπαταριών μη λιθίου
Οι μπαταρίες μη λιθίου έχουν πολλά πλεονεκτήματα, αλλά είναι πιθανό να αντικατασταθούν μεσοπρόθεσμα, δεδομένης της δυνατότητας των νέων μπαταριών LiFePo4, καθώς η παλαιότερη τεχνολογία είναι ακριβή και λιγότερο αποδοτική.

☆Μπαταρίες μολύβδου οξέος
Οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος μπορεί να φαίνονται αρχικά οικονομικά αποδοτικές, αλλά τελικά είναι πιο ακριβές μακροπρόθεσμα.Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι απαιτούν συχνότερη συντήρηση και αντικατάσταση.Μια μπαταρία LiFePO4 θα διαρκέσει 2-4 φορές περισσότερο χωρίς να απαιτείται συντήρηση.

☆ Μπαταρίες gel
Οι μπαταρίες gel, όπως οι μπαταρίες LiFePO4, δεν απαιτούν συχνή επαναφόρτιση και δεν χάνουν τη φόρτισή τους κατά την αποθήκευση.Αλλά οι μπαταρίες gel φορτίζονται με πιο αργό ρυθμό.Πρέπει να αποσυνδεθούν αμέσως μόλις φορτιστούν πλήρως για να αποφευχθεί η καταστροφή.

☆ Μπαταρίες AGM
Ενώ οι μπαταρίες AGM διατρέχουν υψηλό κίνδυνο να υποστούν ζημιά κάτω από τη χωρητικότητα του 50%, οι μπαταρίες LiFePO4 μπορούν να αποφορτιστούν πλήρως χωρίς κανέναν κίνδυνο ζημιάς.Επίσης, είναι δύσκολο να τα διατηρήσεις.

Εφαρμογές για μπαταρίες LiFePO4
Οι μπαταρίες LiFePO4 έχουν πολλές πολύτιμες εφαρμογές, μεταξύ των οποίων

●Ψαροκάικα και καγιάκ: Μπορείτε να περάσετε περισσότερο χρόνο στο νερό με λιγότερο χρόνο φόρτισης και μεγαλύτερο χρόνο λειτουργίας.Το μικρότερο βάρος παρέχει ευκολότερο χειρισμό και αύξηση της ταχύτητας κατά τη διάρκεια αγώνων ψαρέματος υψηλού πονταρίσματος.

●Mobility scooter και μοτοποδήλατα: Δεν υπάρχει νεκρό βάρος για να σας επιβραδύνει.Φορτίστε την μπαταρία σας σε λιγότερο από πλήρη χωρητικότητα για αυθόρμητα ταξίδια χωρίς να την καταστρέψετε.

●Ηλιακές διαμορφώσεις: Μεταφέρετε ελαφριές μπαταρίες LiFePO4 όπου κι αν σας πάει η ζωή (ακόμα και στο βουνό ή εκτός δικτύου) για να αξιοποιήσετε τη δύναμη του ήλιου.

●Εμπορική χρήση: Αυτές είναι οι ασφαλέστερες, πιο σκληρές μπαταρίες λιθίου, γεγονός που τις καθιστά ιδανικές για βιομηχανικές εφαρμογές, όπως μηχανές δαπέδου, ανυψωτικές πύλες και άλλα.

Επιπλέον, οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου τροφοδοτούν πολλές άλλες συσκευές όπως φακούς, ηλεκτρονικά τσιγάρα, ραδιοεξοπλισμό, φωτισμό έκτακτης ανάγκης και άλλα αντικείμενα.

Δυνατότητες υλοποίησης LFP σε ευρεία κλίμακα
Ενώ οι μπαταρίες LFP είναι λιγότερο ακριβές και πιο σταθερές από τις εναλλακτικές, η ενεργειακή πυκνότητα ήταν ένα σημαντικό εμπόδιο στην ευρεία υιοθέτηση.Οι μπαταρίες LFP έχουν πολύ χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, που κυμαίνεται μεταξύ 15 και 25%.Ωστόσο, αυτό αλλάζει χρησιμοποιώντας παχύτερα ηλεκτρόδια όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στο Model 3 της Σαγκάης, το οποίο έχει ενεργειακή πυκνότητα 359 Wh/λίτρο.

Λόγω του μεγάλου κύκλου ζωής των μπαταριών LFP, έχουν μεγαλύτερη χωρητικότητα από τις μπαταρίες Li-ion συγκρίσιμου βάρους.Αυτό σημαίνει ότι η ενεργειακή πυκνότητα αυτών των μπαταριών θα γίνει πιο παρόμοια με την πάροδο του χρόνου.

Ένα άλλο εμπόδιο στη μαζική υιοθέτηση είναι ότι η Κίνα κυριάρχησε στην αγορά λόγω του πλήγματος των διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας LFP.Καθώς αυτά τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας λήγουν, υπάρχουν εικασίες ότι η παραγωγή LFP, όπως και η κατασκευή οχημάτων, θα εντοπιστεί.

Μεγάλες αυτοκινητοβιομηχανίες όπως η Ford, η Volkswagen και η Tesla χρησιμοποιούν όλο και περισσότερο την τεχνολογία αντικαθιστώντας σκευάσματα νικελίου ή κοβαλτίου.Η πρόσφατη ανακοίνωση της Tesla στην τριμηνιαία ενημέρωσή της είναι μόνο η αρχή.Η Tesla παρείχε επίσης μια σύντομη ενημέρωση για το πακέτο μπαταριών 4680, το οποίο θα έχει υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και εμβέλεια.Είναι επίσης πιθανό η Tesla να χρησιμοποιήσει την κατασκευή «κυψέλη σε συσκευασία» για να συμπυκνώσει περισσότερα κύτταρα και να φιλοξενήσει χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα.

Παρά την ηλικία του,LFPκαι η μείωση του κόστους της μπαταρίας μπορεί να είναι κρίσιμη για την επιτάχυνση της μαζικής υιοθέτησης EV.Μέχρι το 2023, οι τιμές ιόντων λιθίου αναμένεται να είναι κοντά στα $100/kWh.Τα LFP μπορούν να επιτρέπουν στις αυτοκινητοβιομηχανίες να δίνουν έμφαση σε παράγοντες όπως η ευκολία ή ο χρόνος επαναφόρτισης και όχι απλώς η τιμή.