Акумулятор LiFePO4

У звітах Tesla за 3 квартал 2021 року було оголошено про перехід на акумулятори LiFePO4 як новий стандарт у її автомобілях.Але що таке акумулятори LiFePO4?

НЬЮ-ЙОРК, НЬЮ-ЙОРК, США, 26 травня 2022 р. /EINPresswire.com/ — Чи є вони кращою альтернативою літій-іонним акумуляторам?Чим ці батареї відрізняються від інших?

Знайомство з акумуляторами LiFePO4

Літій-залізо-фосфатний акумулятор (LFP) — це літій-іонний акумулятор із швидшою швидкістю заряджання та розряджання.Це акумуляторна батарея з LiFePO4 як катод і графітовий вугільний електрод з металевою підкладкою як анод.

Батареї LiFePO4 мають нижчу щільність енергії, ніж літій-іонні батареї, і нижчу робочу напругу.Вони мають низьку швидкість розряду з горизонтальними кривими і безпечніші за Li-ion.Ці батареї також відомі як літій-ферофосфатні батареї.

Винахід акумуляторів LiFePO4

LiFePO4 батареї були винайдені Джоном Б. Гуденафом і Арумугамом Мантірамом.Вони одними з перших визначили матеріали, які використовуються в літій-іонних батареях.Анодні матеріали не є ідеальними для літій-іонних батарей через їх схильність до миттєвого короткого замикання.

Вчені виявили, що катодні матеріали кращі порівняно з катодами літій-іонних батарей.Особливо це помітно у варіантах акумуляторів LiFePO4.Вони підвищують стабільність і провідність і покращують ряд інших аспектів.

Сьогодні LiFePO4 батареї можна знайти скрізь і вони мають різноманітне застосування, включно з використанням у човнах, сонячних системах і транспортних засобах.Батареї LiFePO4 не містять кобальту та дешевші, ніж більшість альтернатив.Він нетоксичний і має тривалий термін зберігання.

Характеристики батареї LFP -

Функція систем керування батареями в батареях LFP

Батареї LFP складаються з більш ніж просто з’єднаних елементів;вони мають систему, яка гарантує, що акумулятор залишається в безпечних межах.Система керування батареєю (BMS) захищає, контролює та контролює батарею в робочих умовах, щоб забезпечити безпеку та подовжити термін служби батареї.

Функція систем керування батареями в батареях LFP -

Незважаючи на те, що літій-залізо-фосфатні елементи більш толерантні, вони, тим не менш, схильні до перенапруги під час зарядки, що знижує продуктивність.Матеріал, використаний для виготовлення катода, може потенційно зіпсуватися та втратити свою стабільність.BMS регулює вихід кожного елемента та забезпечує підтримку максимальної напруги акумулятора.

Оскільки матеріали електродів погіршуються, низька напруга стає серйозною проблемою.Якщо напруга будь-якої клітини падає нижче заданого порогу, BMS відключає батарею від ланцюга.Він також служить упором зворотного ходу в умовах перевантаження по струму та вимикає свою роботу під час короткого замикання.

Батареї LiFePO4 проти літій-іонних батарей

Акумулятори LiFePO4 не підходять для таких переносних пристроїв, як годинник.Вони мають нижчу щільність енергії, ніж будь-які інші літієві батареї.Однак вони найкраще підходять для систем сонячної енергії, фургонів, візків для гольфу, бас-катерів та електричних мотоциклів.

★Однією з головних переваг цих батарей є їх циклічний термін служби.

Ці батареї можуть працювати в 4 рази довше, ніж інші.Вони безпечніші та можуть досягати глибини розряду до 100%, що означає, що їх можна використовувати протягом більш тривалого періоду.

Нижче наведено додаткові причини, чому ці акумулятори є кращою альтернативою літій-іонним.

★ Низька вартість

Акумулятори LFP складаються із заліза та фосфору, які видобуваються у величезних масштабах, і є недорогими.Вартість батарей LFP оцінюється на цілих 70 відсотків нижча за кг, ніж батареї NMC, багаті нікелем.Його хімічний склад забезпечує економічну перевагу.Найнижчі зареєстровані ціни на акумулятори LFP вперше в 2020 році впали нижче 100 доларів США/кВт-год.

★Невеликий вплив на навколишнє середовище
Акумулятори LFP не містять нікелю чи кобальту, які є дорогими та мають великий вплив на навколишнє середовище.Ці батареї перезаряджаються, що свідчить про їхню екологічність.

★Покращена ефективність і продуктивність
Акумулятори LFP відомі своїм тривалим життєвим циклом, що робить їх популярним вибором для додатків, які потребують надійної та постійної вихідної потужності протягом тривалого часу.Ці батареї мають нижчу втрату ємності, ніж інші літій-іонні батареї, що допомагає зберегти їх ефективність протягом тривалого часу.Крім того, вони мають нижчу робочу напругу, що призводить до меншого внутрішнього опору та більшої швидкості заряду/розряду.

★Покращена безпека та стабільність
Батареї LFP є термічно та хімічно стабільними, тому вони менш ймовірні вибуху або займання.LFP виробляє одну шосту тепла, ніж багатий нікелем NMC.Оскільки зв’язок Co-O сильніший у LFP-батареях, атоми кисню вивільняються повільніше в разі короткого замикання або перегріву.Крім того, у повністю заряджених елементах не залишається літію, що робить їх дуже стійкими до втрати кисню порівняно з екзотермічними реакціями, які спостерігаються в інших літієвих елементах.

★ Маленький і легкий
Батареї LFP майже на 50% легші за літій-марганцеві батареї.Вони на 70% легші за свинцево-кислотні акумулятори.Коли ви використовуєте акумулятор LiFePO4 в транспортному засобі, ви витрачаєте менше газу та маєте кращу маневреність.Вони також невеликі та компактні, що дозволяє заощадити місце на скутері, човні, автофургоні чи промисловому застосуванні.

Батареї LiFePO4 проти нелітієвих батарей
Нелітієві батареї мають низку переваг, але, ймовірно, їх замінять у середньостроковій перспективі, враховуючи потенціал нових батарей LiFePo4, оскільки старі технології є дорогими та менш ефективними.

☆Свинцево-кислотні акумулятори
Свинцево-кислотні батареї спочатку можуть здатися рентабельними, але згодом вони виявляються дорожчими.Це пов'язано з тим, що вони вимагають більш частого обслуговування і заміни.Батарея LiFePO4 прослужить у 2-4 рази довше без необхідності обслуговування.

☆Гелеві акумулятори
Гелеві акумулятори, як і акумулятори LiFePO4, не потребують частої підзарядки та не втрачають заряд під час зберігання.Але гелеві акумулятори заряджаються повільніше.Їх необхідно від'єднати, як тільки вони повністю заряджаються, щоб уникнути руйнування.

☆Акумулятори AGM
У той час як батареї AGM піддаються високому ризику пошкодження при ємності нижче 50%, батареї LiFePO4 можна повністю розрядити без будь-якого ризику пошкодження.Крім того, їх важко утримувати.

Програми для батарей LiFePO4
Батареї LiFePO4 мають багато цінних застосувань, у тому числі

●Рибальські човни та каяки: ви можете проводити більше часу на воді з меншим часом заряджання та довшим часом роботи.Менша вага забезпечує легше керування та лежачий поліцейський під час змагань з високою ставкою на риболовлю.

●Мобільні скутери та мопеди: немає мертвого вантажу, який би сповільнив вас.Заряджайте акумулятор до повної ємності для спонтанних поїздок, не пошкоджуючи його.

●Конфігурації сонячних батарей: беріть із собою легкі акумулятори LiFePO4, куди завгодно (навіть на гору чи поза мережею), щоб використовувати енергію сонця.

●Комерційне використання: це найбезпечніші, найміцніші літієві батареї, що робить їх ідеальними для промислових застосувань, таких як підлогові машини, підйомні ворота тощо.

Крім того, літій-залізо-фосфатні батареї живлять багато інших пристроїв, таких як ліхтарики, електронні сигарети, радіообладнання, аварійне освітлення та інші предмети.

Можливості широкомасштабного впровадження LFP
Хоча батареї LFP менш дорогі та стабільніші, ніж альтернативи, щільність енергії була значною перешкодою для широкого впровадження.Батареї LFP мають набагато нижчу щільність енергії, яка коливається від 15 до 25%.Однак це змінюється завдяки більш товстим електродам, подібним до тих, що використовуються в виготовленій у Шанхаї Model 3, яка має щільність енергії 359 Вт·год/літр.

Завдяки тривалому життєвому циклу батарей LFP вони мають більшу ємність, ніж літій-іонні батареї порівнянної ваги.Це означає, що щільність енергії цих батарей з часом стане більш схожою.

Ще одна перешкода для масового впровадження полягає в тому, що Китай домінував на ринку завдяки великій кількості патентів на LFP.Оскільки термін дії цих патентів закінчується, є припущення, що виробництво LFP, як і виробництво транспортних засобів, буде локалізовано.

Великі автовиробники, такі як Ford, Volkswagen і Tesla, все частіше використовують цю технологію, замінюючи нікель або кобальт.Недавнє оголошення Tesla у своєму квартальному оновленні – це лише початок.Tesla також надала короткі оновлення щодо свого акумулятора 4680, який матиме вищу щільність енергії та радіус дії.Також можливо, що Tesla використовуватиме конструкцію «cell-to-pack», щоб конденсувати більше клітин і пристосуватись до меншої щільності енергії.

Незважаючи на свій вік,LFPа зниження вартості акумуляторів може мати вирішальне значення для прискорення масового впровадження електромобілів.Очікується, що до 2023 року ціни на літій-іони будуть близькі до 100 доларів США за кВт-год.LFP можуть дозволити автовиробникам підкреслити такі фактори, як зручність або час перезарядки, а не просто ціну.