Baterie LiFePO4

Rapoartele Tesla pentru trimestrul 3 din 2021 au anunțat o tranziție la bateriile LiFePO4 ca nou standard pentru vehiculele sale. Dar ce sunt mai exact bateriile LiFePO4?

NEW YORK, NEW YORK, SUA, 26 mai 2022 /EINPresswire.com / — Sunt acestea o alternativă mai bună la bateriile Li-Ion? Cum diferă aceste baterii de alte baterii?

Introducere în bateriile LiFePO4

O baterie litiu-fier fosfat (LFP) este o baterie litiu-ion cu rate de încărcare și descărcare mai rapide. Este o baterie reîncărcabilă cu LiFePO4 ca catod și un electrod de carbon grafitic cu suport metalic ca anod.

Bateriile LiFePO4 au o densitate energetică mai mică decât bateriile litiu-ion și tensiuni de funcționare mai mici. Au o rată de descărcare redusă, cu curbe orizontale, și sunt mai sigure decât cele Li-ion. Aceste baterii sunt cunoscute și sub denumirea de baterii litiu-ferofosfat.

Invenția bateriilor LiFePO4

Bateriile LiFePO4 au fost inventate de John B. Goodenough și Arumugam Manthiram. Aceștia au fost printre primii care au stabilit materialele utilizate în bateriile litiu-ion. Materialele anodice nu sunt ideale pentru bateriile litiu-ion din cauza tendinței lor de scurtcircuitare imediată.

Oamenii de știință au descoperit că materialele catodice sunt mai bune în comparație cu catozii bateriilor litiu-ion. Acest lucru este vizibil mai ales în variantele de baterii LiFePO4. Acestea sporesc stabilitatea și conductivitatea și îmbunătățesc o varietate de alte aspecte.

În zilele noastre, bateriile LiFePO4 se găsesc peste tot și au diverse aplicații, inclusiv utilizarea în bărci, sisteme solare și vehicule. Bateriile LiFePO4 nu conțin cobalt și sunt mai puțin costisitoare decât majoritatea alternativelor. Sunt netoxice și au o durată de valabilitate mai lungă.

Specificații baterie LFP -

Funcția sistemelor de gestionare a bateriilor în bateriile LFP

Bateriile LFP sunt compuse din mai mult decât simple celule conectate; acestea au un sistem care asigură că bateria rămâne în limitele de siguranță. Un sistem de gestionare a bateriei (BMS) protejează, controlează și monitorizează bateria în condiții de funcționare pentru a asigura securitatea și a prelungi durata de viață a bateriei.

Funcția sistemelor de gestionare a bateriilor în bateriile LFP -

Deși celulele litiu-fier fosfat sunt mai tolerante, acestea sunt totuși predispuse la supratensiune în timpul încărcării, ceea ce reduce performanța. Materialul folosit pentru catod s-ar putea deteriora și își poate pierde stabilitatea. BMS-ul reglează puterea fiecărei celule și asigură menținerea tensiunii maxime a bateriei.

Pe măsură ce materialele electrodului se degradează, subtensiunea devine o problemă serioasă. Dacă tensiunea oricărei celule scade sub un prag specificat, BMS deconectează bateria de la circuit. De asemenea, servește ca opritor în caz de supracurent și îi va opri funcționarea în timpul unui scurtcircuit.

Baterii LiFePO4 vs. baterii litiu-ion

Bateriile LiFePO4 nu sunt potrivite pentru dispozitive portabile precum ceasurile. Au o densitate energetică mai mică decât orice alte baterii cu litiu. Cu toate acestea, sunt cele mai bune pentru sistemele de energie solară, rulote, cărucioare de golf, bărci cu bass și motociclete electrice.

★Unul dintre principalele avantaje ale acestor baterii este durata lor de viață.

Aceste baterii pot dura de peste 4 ori mai mult decât altele. Sunt mai sigure și pot atinge o adâncime de descărcare de până la 100%, ceea ce înseamnă că pot fi utilizate pentru o perioadă mai lungă.

Mai jos sunt motive suplimentare pentru care aceste baterii reprezintă o alternativă mai bună la bateriile Li-ion.

★Cost redus

Bateriile LFP sunt compuse din fier și fosfor, extrase la scară enormă și sunt ieftine. Costul bateriilor LFP este estimat a fi cu până la 70% mai mic pe kg decât cel al bateriilor NMC bogate în nichel. Compoziția sa chimică oferă un avantaj de cost. Cele mai mici prețuri raportate pentru celulele bateriilor LFP au scăzut sub 100 USD/kWh pentru prima dată în 2020.

★Impact redus asupra mediului
Bateriile LFP nu conțin nichel sau cobalt, care sunt scumpe și au un impact mare asupra mediului. Aceste baterii sunt reîncărcabile, ceea ce demonstrează caracterul lor ecologic.

★Eficiență și performanță îmbunătățite
Bateriile LFP sunt cunoscute pentru durata lor lungă de viață, ceea ce le face o alegere populară pentru aplicațiile care necesită o putere de ieșire fiabilă și constantă în timp. Aceste baterii prezintă rate de pierdere a capacității mai mici decât alte baterii litiu-ion, ceea ce ajută la păstrarea performanței lor pe termen lung. În plus, au o tensiune de funcționare mai mică, rezultând o rezistență internă mai mică și viteze de încărcare/descărcare mai rapide.

★Siguranță și stabilitate îmbunătățite
Bateriile LFP sunt stabile termic și chimic, prin urmare, sunt mai puțin susceptibile de a exploda sau de a lua foc. LFP produce o șesime din căldura produsă de NMC bogat în nichel. Deoarece legătura Co-O este mai puternică în bateriile LFP, atomii de oxigen sunt eliberați mai lent dacă sunt scurtcircuitați sau supraîncălziți. În plus, nu rămâne litiu în celulele complet încărcate, ceea ce le face foarte rezistente la pierderea de oxigen în comparație cu reacțiile exoterme observate în alte celule de litiu.

★Mic și ușor
Bateriile LFP sunt cu aproape 50% mai ușoare decât bateriile litiu-oxid de mangan. Sunt cu până la 70% mai ușoare decât bateriile plumb-acid. Când utilizați o baterie LiFePO4 într-un vehicul, consumați mai puțină benzină și aveți o manevrabilitate mai bună. De asemenea, sunt mici și compacte, permițându-vă să economisiți spațiu pe scuter, barcă, rulotă sau aplicații industriale.

Baterii LiFePO4 vs. baterii non-litiu
Bateriile non-litiu au o serie de avantaje, dar este probabil să fie înlocuite pe termen mediu, având în vedere potențialul noilor baterii LiFePo4, deoarece tehnologia mai veche este scumpă și mai puțin eficientă.

☆Baterii cu plumb-acid
Bateriile cu plumb pot părea rentabile la început, dar pe termen lung ajung să fie mai scumpe. Acest lucru se datorează faptului că necesită întreținere și înlocuire mai frecventă. O baterie LiFePO4 va dura de 2-4 ori mai mult, fără a necesita întreținere.

☆Baterii cu gel
Bateriile cu gel, precum bateriile LiFePO4, nu necesită reîncărcare frecventă și nu se descarcă în timpul depozitării. Însă bateriile cu gel se încarcă mai lent. Acestea trebuie deconectate imediat ce sunt complet încărcate pentru a evita distrugerea.

☆Baterii AGM
În timp ce bateriile AGM prezintă un risc ridicat de a se deteriora sub 50% din capacitate, bateriile LiFePO4 pot fi descărcate complet fără niciun risc de deteriorare. De asemenea, este dificil să le întreții în funcțiune.

Aplicații pentru bateriile LiFePO4
Bateriile LiFePO4 au multe aplicații valoroase, inclusiv

● Bărci de pescuit și caiace: Puteți petrece mai mult timp pe apă cu un timp de încărcare mai scurt și o autonomie mai lungă. Greutatea redusă oferă o manevrare mai ușoară și un avantaj în timpul competițiilor de pescuit cu miză mare.

●Scutere și mopede pentru mobilitate: Nu există greutate proprie care să vă încetinească. Încărcați bateria la o capacitate mai mică decât cea maximă pentru deplasări spontane, fără a o deteriora.

●Configurații solare: Luați cu voi baterii LiFePO4 ușoare oriunde vă duce viața (chiar și pe un munte sau fără rețeaua electrică) pentru a valorifica energia soarelui.

●Utilizare comercială: Acestea sunt cele mai sigure și mai rezistente baterii cu litiu, ceea ce le face ideale pentru aplicații industriale, cum ar fi mașini de curățat podele, hayonuri și multe altele.

În plus, bateriile litiu-fier fosfat alimentează multe alte dispozitive, cum ar fi lanterne, țigări electronice, echipamente radio, iluminat de urgență și alte articole.

Posibilități pentru implementarea LFP la scară largă
Deși bateriile LFP sunt mai puțin costisitoare și mai stabile decât alternativele, densitatea energetică a reprezentat un obstacol semnificativ în calea adoptării pe scară largă. Bateriile LFP au o densitate energetică mult mai mică, variind între 15 și 25%. Cu toate acestea, acest lucru se schimbă odată cu utilizarea unor electrozi mai groși, precum cei utilizați în Modelul 3, fabricat la Shanghai, care are o densitate energetică de 359 Wh/litru.

Datorită duratei lungi de viață a bateriilor LFP, acestea au o capacitate mai mare decât bateriile Li-ion de greutate comparabilă. Aceasta înseamnă că densitatea energetică a acestor baterii va deveni mai similară în timp.

O altă barieră în calea adoptării în masă este faptul că China a dominat piața din cauza multitudinii de brevete LFP. Pe măsură ce aceste brevete expiră, există speculații că producția de LFP, la fel ca producția de vehicule, va fi localizată.

Marii producători auto precum Ford, Volkswagen și Tesla utilizează din ce în ce mai mult această tehnologie, înlocuind formulele pe bază de nichel sau cobalt. Anunțul recent al Tesla din actualizarea trimestrială este doar începutul. Tesla a oferit, de asemenea, o scurtă actualizare privind pachetul său de baterii 4680, care va avea o densitate energetică și o autonomie mai mari. De asemenea, este posibil ca Tesla să utilizeze o construcție „celă-la-pachet” pentru a condensa mai multe celule și a permite o densitate energetică mai mică.

În ciuda vârstei sale,LFPiar reducerea costurilor bateriilor ar putea fi esențială în accelerarea adoptării în masă a vehiculelor electrice. Până în 2023, se așteaptă ca prețurile litiu-ion să fie aproape de 100 USD/kWh. Producătorii de automobile cu alimentare litiu-ion (LFP) ar putea permite producătorilor auto să pună accent pe factori precum confortul sau timpul de reîncărcare, mai degrabă decât doar pe preț.