LiFePO4 baterija

Tesla je v poročilih za tretje četrtletje 2021 napovedala prehod na LiFePO4 baterije kot nov standard v svojih vozilih. Kaj pa sploh so LiFePO4 baterije?

NEW YORK, NEW YORK, ZDA, 26. maj 2022 /EINPresswire.com / — Ali so boljša alternativa litij-ionskim baterijam? V čem se te baterije razlikujejo od drugih baterij?

Uvod v LiFePO4 baterije

Litij-železov fosfat (LFP) akumulator je litij-ionski akumulator s hitrejšim polnjenjem in praznjenjem. Gre za polnilen akumulator z LiFePO4 kot katodo in grafitno ogljikovo elektrodo s kovinsko podlago kot anodo.

LiFePO4 baterije imajo nižjo energijsko gostoto kot litij-ionske baterije in nižje delovne napetosti. Imajo nizko stopnjo praznjenja z vodoravnimi krivuljami in so varnejše od litij-ionskih. Te baterije so znane tudi kot litij-ferofosfatne baterije.

Izum LiFePO4 baterij

LiFePO4 baterije sta izumila John B. Goodenough in Arumugam Manthiram. Bila sta med prvimi, ki sta določila materiale, ki se uporabljajo v litij-ionskih baterijah. Anodni materiali niso idealni za litij-ionske baterije zaradi njihove nagnjenosti k takojšnjemu kratkemu stiku.

Znanstveniki so ugotovili, da so katodni materiali boljši v primerjavi s katodami litij-ionskih baterij. To je še posebej opazno pri različicah LiFePO4 baterij. Izboljšajo stabilnost in prevodnost ter številne druge vidike.

Dandanes so LiFePO4 baterije povsod in imajo različne aplikacije, vključno z uporabo v čolnih, sončnih sistemih in vozilih. LiFePO4 baterije ne vsebujejo kobalta in so cenejše od večine alternativ. Niso strupene in imajo daljši rok trajanja.

Specifikacije baterije LFP -

Funkcija sistemov za upravljanje baterij v baterijah LFP

Baterije LFP niso sestavljene le iz povezanih celic; imajo sistem, ki zagotavlja, da baterija ostane znotraj varnih meja. Sistem za upravljanje baterij (BMS) varuje, nadzoruje in spremlja baterijo med delovanjem, da zagotovi varnost in podaljša življenjsko dobo baterije.

Funkcija sistemov za upravljanje baterij v baterijah LFP -

Kljub temu, da so litijeve železovo-fosfatne celice bolj odporne, so med polnjenjem nagnjene k prenapetosti, kar zmanjša zmogljivost. Material, uporabljen za katodo, se lahko potencialno obrabi in izgubi svojo stabilnost. BMS uravnava izhodno moč vsake celice in zagotavlja, da se ohranja maksimalna napetost baterije.

Ko se materiali elektrod razgradijo, postane prenizka napetost resen problem. Če napetost katere koli celice pade pod določen prag, BMS odklopi baterijo iz tokokroga. Služi tudi kot zapora v primeru preobremenitve toka in bo med kratkim stikom izklopil njeno delovanje.

LiFePO4 baterije v primerjavi z litij-ionskimi baterijami

LiFePO4 baterije niso primerne za nosljive naprave, kot so ure. Imajo nižjo energijsko gostoto kot katere koli druge litijeve baterije. Vendar pa so najboljše za sončne sisteme, avtodome, golf vozičke, čolne z bazenom in električne motorje.

★Ena glavnih prednosti teh baterij je njihova življenjska doba.

Te baterije lahko zdržijo več kot 4-krat dlje kot druge. So varnejše in lahko dosežejo do 100 % globine praznjenja, kar pomeni, da jih je mogoče uporabljati dlje časa.

Spodaj so navedeni dodatni razlogi, zakaj so te baterije boljša alternativa litij-ionskim baterijam.

★Nizki stroški

Baterije LFP so sestavljene iz železa in fosforja, ki se kopljeta v ogromnem obsegu in so poceni. Stroški baterij LFP so po ocenah kar 70 odstotkov nižji na kilogram kot pri baterijah NMC, bogatih z nikljem. Njihova kemična sestava zagotavlja stroškovno prednost. Najnižje zabeležene cene celic za baterije LFP so se leta 2020 prvič spustile pod 100 USD/kWh.

★Majhen vpliv na okolje
Baterije LFP ne vsebujejo niklja ali kobalta, ki sta draga in imata velik vpliv na okolje. Te baterije so polnilne, kar kaže na njihovo okolju prijaznost.

★Izboljšana učinkovitost in zmogljivost
Baterije LFP so znane po svojem dolgem življenjskem ciklu, zaradi česar so priljubljena izbira za aplikacije, ki zahtevajo zanesljivo in dosledno izhodno moč skozi čas. Te baterije imajo počasnejšo izgubo kapacitete kot druge litij-ionske baterije, kar pomaga ohranjati njihovo zmogljivost dolgoročno. Poleg tega imajo nižjo obratovalno napetost, kar ima za posledico manjši notranji upor in hitrejše hitrosti polnjenja/praznjenja.

★Izboljšana varnost in stabilnost
Baterije LFP so toplotno in kemično stabilne, zato je manj verjetno, da bodo eksplodirale ali se vžgale. LFP proizvede šestino toplote kot NMC, bogat z nikljem. Ker je vez Co-O v baterijah LFP močnejša, se atomi kisika sproščajo počasneje, če pride do kratkega stika ali pregrevanja. Poleg tega v popolnoma napolnjenih celicah ne ostane litija, zaradi česar so zelo odporne na izgubo kisika v primerjavi z eksotermnimi reakcijami, ki jih opazimo v drugih litijevih celicah.

★Majhen in lahek
Baterije LFP so skoraj 50 % lažje od litijevih manganovih oksidnih baterij. So do 70 % lažje od svinčevih baterij. Ko v vozilu uporabljate LiFePO4 baterijo, porabite manj goriva in imate večjo okretnost. So tudi majhne in kompaktne, kar vam omogoča prihranek prostora na skuterju, čolnu, avtodomu ali industrijski uporabi.

LiFePO4 baterije v primerjavi z nelitijevimi baterijami
Nelitijeve baterije imajo številne prednosti, vendar jih bodo verjetno v srednjeročnem obdobju nadomestile glede na potencial novih LiFePo4 baterij, saj je starejša tehnologija draga in manj učinkovita.

☆Svinčeno-kislinske baterije
Svinčevo-kislinske baterije se na prvi pogled morda zdijo stroškovno učinkovite, vendar se dolgoročno izkažejo za dražje. To je posledica dejstva, da zahtevajo pogostejše vzdrževanje in menjavo. LiFePO4 baterija bo zdržala 2-4-krat dlje brez potrebe po vzdrževanju.

☆Gel baterije
Gel baterije, tako kot LiFePO4 baterije, ne potrebujejo pogostega polnjenja in med shranjevanjem ne izgubijo napolnjenosti. Vendar se gel baterije polnijo počasneje. Ko so popolnoma napolnjene, jih je treba odklopiti, da se prepreči uničenje.

☆AGM baterije
Medtem ko je pri AGM baterijah tveganje za poškodbe pod 50 % zmogljivosti veliko, se lahko LiFePO4 baterije popolnoma izpraznijo brez tveganja za poškodbe. Prav tako jih je težko vzdrževati.

Uporaba LiFePO4 baterij
LiFePO4 baterije imajo veliko dragocenih uporab, vključno z

●Ribiški čolni in kajaki: Z manj časa polnjenja in daljšim časom delovanja lahko preživite več časa na vodi. Manjša teža omogoča lažje upravljanje in upočasnitev med tekmovanji v ribolovu z visokimi vložki.

● Skuterji in mopedi za invalide: Ni bremena, ki bi vas upočasnjevalo. Napolnite baterijo do manj kot polne zmogljivosti za spontane vožnje, ne da bi jo poškodovali.

●Sončne konfiguracije: Kamor koli vas življenje popelje (tudi na goro ali brez električnega omrežja), imejte s seboj lahke LiFePO4 baterije, da izkoristite sončno energijo.

● Komercialna uporaba: To so najvarnejše in najtrše litijeve baterije, zaradi česar so idealne za industrijsko uporabo, kot so talni stroji, dvižna vrata in drugo.

Poleg tega litijeve železove fosfatne baterije napajajo številne druge naprave, kot so svetilke, elektronske cigarete, radijska oprema, zasilna razsvetljava in drugi predmeti.

Možnosti za širokopasovno implementacijo LFP
Čeprav so LFP baterije cenejše in stabilnejše od alternativ, je bila gostota energije pomembna ovira za široko uporabo. LFP baterije imajo precej nižjo gostoto energije, ki se giblje med 15 in 25 %. Vendar se to spreminja z uporabo debelejših elektrod, kot so tiste, ki se uporabljajo v Modelu 3, izdelanem v Šanghaju, ki ima gostoto energije 359 Wh/liter.

Zaradi dolgega življenjskega cikla baterij LFP imajo večjo kapaciteto kot litij-ionske baterije primerljive teže. To pomeni, da bo energijska gostota teh baterij sčasoma postala bolj podobna.

Druga ovira za množično uporabo je, da Kitajska prevladuje na trgu zaradi številnih patentov za LFP. Ko se ti patenti iztečejo, se ugiba, da bo proizvodnja LFP, tako kot proizvodnja vozil, lokalizirana.

Veliki proizvajalci avtomobilov, kot so Ford, Volkswagen in Tesla, vse pogosteje uporabljajo tehnologijo z nadomeščanjem nikljevih ali kobaltovih formulacij. Nedavna objava Tesle v njeni četrtletni posodobitvi je le začetek. Tesla je prav tako na kratko posodobila svoj baterijski sklop 4680, ki bo imel večjo energijsko gostoto in doseg. Možno je tudi, da bo Tesla uporabila konstrukcijo »celica-to-pack«, da bi zgostila več celic in omogočila nižjo energijsko gostoto.

Kljub svoji starosti,LFPin znižanje stroškov baterij je lahko ključnega pomena za pospešitev množičnega sprejemanja električnih vozil. Do leta 2023 naj bi se cene litij-ionskih baterij približale 100 USD/kWh. LFP-ji lahko proizvajalcem avtomobilov omogočijo, da poudarijo dejavnike, kot sta udobje ali čas polnjenja, namesto le cene.