W raporcie Tesli za III 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 akumulatory różnią się od innych akumulatorów?
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 płaskich krzywiznach i są bezpieczniejsze niż akumulatory litowo-jonowe.Baterie te są również znane jako baterie litowo-żelazofosforanowe.
Wynalezienie akumulatorów LiFePO4
Baterie LiFePO4zostały wynalezione przez Johna B. Goodenougha i Arumugama Manthirama.Jako jedni z pierwszych zidentyfikowali materiały stosowane w akumulatorach litowo-jonowych.Materiały anodowe nie są idealne do akumulatorów litowo-jonowych ze względu na ich tendencję do wczesnego 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.
Specyfikacje baterii LFP
Źródło
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 użyty do budowy katody może potencjalnie ulec zniszczeniu i utracie stabilności.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 pewnego 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 najlepsze w przypadku systemów energii słonecznej, pojazdów kempingowych, wózków golfowych, łodzi basowych i motocykli elektrycznych.
Jedną z głównych zalet tych akumulatorów jest ich żywotność cykliczna.
Baterie te wytrzymują ponad 4 razy dłużej niż inne.Są bezpieczniejsze i mogą sięgać nawet do 100% głębokości rozładowania, co oznacza, że można z nich korzystać przez dłuższy czas.
Poniżej znajdują się inne powody, dla których te akumulatory są lepszą alternatywą dla akumulatorów litowo-jonowych.
Niska cena
Baterie LFP produkowane są 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.W akumulatorach tych następuje wolniejsza utrata pojemności niż w przypadku innych akumulatorów litowo-jonowych, 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 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 akumulatorów 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.
Baterie 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 działania.Mniejsza waga zapewnia łatwiejszą obsługę i wzrost prędkości podczas zawodów wędkarskich o wysokie stawki.
Hulajnogi 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 najwytrzymalsze 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, LFP i redukcja kosztów baterii mogą mieć kluczowe znaczenie dla przyspieszenia masowego wprowadzenia 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.
Czas publikacji: 10 sierpnia 2022 r