LiFePO4 акумулятор

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

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

Вступ до LiFePO4 акумуляторів

Літій-залізофосфатний (ЛЗФ) акумулятор — це літій-іонний акумулятор зі швидшою швидкістю заряджання та розряджання. Це акумуляторна батарея з LiFePO4 як катодом та графітовим вуглецевим електродом з металевою підкладкою як анодом.

LiFePO4-акумулятори мають нижчу щільність енергії, ніж літій-іонні акумулятори, та нижчу робочу напругу. Вони мають низький рівень розряду з горизонтальними кривими та безпечніші, ніж літій-іонні. Ці акумулятори також відомі як літій-ферофосфатні акумулятори.

Винахід LiFePO4 акумуляторів

LiFePO4-акумулятори були винайдені Джоном Б. Гуденафом та Арумугамом Мантірамом. Вони були одними з перших, хто визначив матеріали, що використовуються в літій-іонних акумуляторах. Анодні матеріали не ідеально підходять для літій-іонних акумуляторів через їхню схильність до негайного короткого замикання.

Вчені виявили, що катодні матеріали кращі порівняно з катодами літій-іонних акумуляторів. Це особливо помітно у варіантах акумуляторів LiFePO4. Вони підвищують стабільність і провідність, а також покращують низку інших аспектів.

Сьогодні акумулятори LiFePO4 можна знайти повсюди та мають різноманітне застосування, зокрема в човнах, сонячних системах та транспортних засобах. Акумулятори LiFePO4 не містять кобальту та дешевші за більшість альтернатив. Вони нетоксичні та мають довший термін придатності.

Технічні характеристики акумулятора LFP -

Функція систем управління акумуляторами в акумуляторах LFP

Акумулятори LFP складаються не лише з підключених елементів; вони мають систему, яка забезпечує, щоб заряд батареї залишався в безпечних межах. Система керування батареєю (BMS) захищає, контролює та контролює акумулятор в робочих умовах, щоб забезпечити безпеку та подовжити термін його служби.

Функція систем управління акумуляторами в акумуляторах LFP -

Незважаючи на те, що літій-залізо-фосфатні елементи є більш стійкими до заряджання, вони все ж схильні до перенапруги під час заряджання, що знижує продуктивність. Матеріал, який використовується для катода, може потенційно погіршитися та втратити свою стабільність. Система управління будівництвом (BMS) регулює вихідну потужність кожного елемента та забезпечує підтримку максимальної напруги акумулятора.

Зі зношуванням матеріалів електродів, низька напруга стає серйозною проблемою. Якщо напруга будь-якого елемента падає нижче заданого порогу, система BMS відключає акумулятор від кола. Вона також служить обмежувачем у разі перевантаження по струму та вимикає його під час короткого замикання.

LiFePO4 акумулятори проти літій-іонних акумуляторів

Акумулятори LiFePO4 не підходять для носимих пристроїв, таких як годинники. Вони мають нижчу щільність енергії, ніж будь-які інші літієві акумулятори. Однак вони найкраще підходять для систем сонячної енергії, будинків на колесах, гольф-карів, бас-човнів та електричних мотоциклів.

★Однією з головних переваг цих акумуляторів є їхній термін служби.

Ці акумулятори можуть служити більш ніж у 4 рази довше, ніж інші. Вони безпечніші та можуть розряджатися до 100%, що означає, що їх можна використовувати протягом тривалішого періоду.

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

★Низька вартість

Акумулятори LFP складаються з заліза та фосфору, видобуваються у величезних масштабах і є недорогими. Вартість акумуляторів LFP оцінюється на цілих 70 відсотків нижча за кг, ніж у багатих на нікель NMC акумуляторів. Їх хімічний склад забезпечує перевагу у вартості. Найнижчі зареєстровані ціни на елементи для акумуляторів LFP вперше впали нижче 100 доларів США/кВт·год у 2020 році.

★Незначний вплив на навколишнє середовище
Акумулятори LFP не містять нікелю чи кобальту, які є дорогими та мають великий вплив на навколишнє середовище. Ці акумулятори можна перезаряджати, що свідчить про їхню екологічність.

★Підвищена ефективність та продуктивність
Акумулятори LFP відомі своїм тривалим терміном служби, що робить їх популярним вибором для застосувань, які потребують надійної та стабільної вихідної потужності з часом. Ці акумулятори втрачають ємність повільніше, ніж інші літій-іонні акумулятори, що допомагає зберегти їхню продуктивність протягом тривалого часу. Крім того, вони мають нижчу робочу напругу, що призводить до меншого внутрішнього опору та швидшої швидкості заряджання/розряджання.

★Підвищена безпека та стабільність
Акумулятори LFP термічно та хімічно стабільні, тому вони менш схильні до вибуху або займання. LFP виробляє вдвічі менше тепла, ніж багатої на нікель NMC. Оскільки зв'язок Co-O в акумуляторах LFP міцніший, атоми кисню вивільняються повільніше при короткому замиканні або перегріві. Крім того, в повністю заряджених елементах не залишається літію, що робить їх дуже стійкими до втрати кисню порівняно з екзотермічними реакціями, що спостерігаються в інших літієвих елементах.

★Маленький та легкий
Акумулятори LFP майже на 50% легші за літій-марганцево-оксидні акумулятори. Вони до 70% легші за свинцево-кислотні акумулятори. Використовуючи LiFePO4 акумулятор у транспортному засобі, ви споживаєте менше пального та маєте кращу маневреність. Вони також невеликі та компактні, що дозволяє вам заощадити місце на скутері, човні, будинку на колесах або промисловому обладнанні.

LiFePO4 акумулятори проти нелітієвих акумуляторів
Нелітієві акумулятори мають низку переваг, але, ймовірно, будуть замінені в середньостроковій перспективі, враховуючи потенціал нових LiFePo4 акумуляторів, оскільки стара технологія є дорогою та менш ефективною.

☆Свинцево-кислотні акумулятори
Свинцево-кислотні акумулятори можуть здаватися економічно вигідними на перший погляд, але зрештою вони виявляються дорожчими. Це пов'язано з тим, що вони потребують частішого обслуговування та заміни. LiFePO4 акумулятор прослужить у 2-4 рази довше без необхідності обслуговування.

☆Гелеві акумулятори
Гелеві акумулятори, як і LiFePO4, не потребують частого заряджання та не втрачають заряд під час зберігання. Але гелеві акумулятори заряджаються повільніше. Їх потрібно відключати одразу після повної зарядки, щоб уникнути пошкодження.

☆AGM акумулятори
Хоча AGM-акумулятори мають високий ризик пошкодження при ємності нижче 50%, LiFePO4-акумулятори можна повністю розрядити без ризику пошкодження. Крім того, їх важко підтримувати в робочому стані.

Застосування для акумуляторів LiFePO4
Акумулятори LiFePO4 мають багато цінних застосувань, зокрема

● Рибальські човни та каяки: Ви можете проводити більше часу на воді завдяки меншому часу заряджання та довшим можливостям роботи. Менша вага забезпечує легше керування та полегшує швидкість під час змагань з високою складністю риболовлі.

●Скутери та мопеди для людей з обмеженими можливостями: немає вантажу, який би вас уповільнював. Заряджайте акумулятор менш ніж до повної ємності для спонтанних поїздок, не пошкоджуючи його.

●Сонячні конфігурації: Носіть із собою легкі LiFePO4 акумулятори, куди б вас не завело життя (навіть у горах чи віддалено від мережі), щоб використовувати енергію сонця.

●Комерційне використання: Це найбезпечніші та найміцніші літієві акумулятори, що робить їх ідеальними для промислового застосування, такого як підлогові машини, підйомні люки тощо.

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

Можливості широкомасштабного впровадження LFP
Хоча акумулятори LFP дешевші та стабільніші за альтернативні, щільність енергії була суттєвою перешкодою для їх широкого впровадження. Акумулятори LFP мають значно нижчу щільність енергії, яка коливається від 15 до 25%. Однак це змінюється завдяки товстішим електродам, подібним до тих, що використовуються в шанхайській Model 3, щільність енергії якої становить 359 Вт·год/літр.

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

Ще однією перешкодою для масового впровадження є те, що Китай домінує на ринку через велику кількість патентів на LFP. Оскільки термін дії цих патентів закінчується, існують припущення, що виробництво LFP, як і виробництво автомобілів, буде локалізовано.

Великі автовиробники, такі як Ford, Volkswagen і Tesla, все частіше використовують цю технологію, замінюючи нікелеві або кобальтові формули. Нещодавнє оголошення Tesla у своєму щоквартальному оновленні – це лише початок. Tesla також коротко розповіла про свій акумуляторний блок 4680, який матиме вищу щільність енергії та запас ходу. Також можливо, що Tesla використовуватиме конструкцію «cell-to-pack», щоб ущільнити більше елементів та забезпечити нижчу щільність енергії.

Незважаючи на свій вік,ЛФПа зниження вартості акумуляторів може мати вирішальне значення для прискорення масового впровадження електромобілів. Очікується, що до 2023 року ціни на літій-іонні акумулятори будуть близькі до 100 доларів США/кВт·год. Легкозарядні акумулятори (LFP) можуть дозволити автовиробникам зосередитися на таких факторах, як зручність або час зарядки, а не лише на ціні.