LiFePO4 батерия

В докладите на Tesla за третото тримесечие на 2021 г. беше обявено преминаването към LiFePO4 батерии като нов стандарт в автомобилите ѝ. Но какво точно представляват LiFePO4 батериите?

НЮ ЙОРК, НЮ ЙОРК, САЩ, 26 май 2022 г. /EINPresswire.com / — По-добра алтернатива ли са на литиево-йонните батерии? По какво се различават тези батерии от другите батерии?

Въведение в LiFePO4 батериите

Литиево-железно-фосфатната (LFP) батерия е литиево-йонна батерия с по-бързи скорости на зареждане и разреждане. Това е акумулаторна батерия с LiFePO4 като катод и графитен въглероден електрод с метална подложка като анод.

LiFePO4 батериите имат по-ниска енергийна плътност от литиево-йонните батерии и по-ниски работни напрежения. Те имат ниска скорост на разреждане с хоризонтални криви и са по-безопасни от литиево-йонните. Тези батерии са известни още като литиево-ферофосфатни батерии.

Изобретението на LiFePO4 батериите

LiFePO4 батериите са изобретени от Джон Б. Гуденъф и Арумугам Мантирам. Те са сред първите, които определят материалите, използвани в литиево-йонните батерии. Анодните материали не са идеални за литиево-йонните батерии поради склонността им към незабавно късо съединение.

Учените откриха, че катодните материали са по-добри в сравнение с катодите на литиево-йонните батерии. Това е особено забележимо при вариантите с LiFePO4 батерии. Те подобряват стабилността и проводимостта и подобряват редица други аспекти.

В днешно време LiFePO4 батериите се срещат навсякъде и имат различни приложения, включително употреба в лодки, слънчеви системи и превозни средства. LiFePO4 батериите не съдържат кобалт и са по-евтини от повечето алтернативи. Те са нетоксични и имат по-дълъг срок на годност.

Спецификации на батерията LFP -

Функцията на системите за управление на батериите в LFP батериите

LFP батериите са съставени от нещо повече от свързани клетки; те имат система, която гарантира, че батерията остава в безопасни граници. Система за управление на батерията (BMS) защитава, контролира и наблюдава батерията при работни условия, за да гарантира сигурност и да удължи живота ѝ.

Функцията на системите за управление на батериите в LFP батериите -

Въпреки факта, че литиево-железните фосфатни клетки са по-толерантни, те все пак са склонни към пренапрежение по време на зареждане, което намалява производителността. Материалът, използван за катода, може потенциално да се влоши и да загуби своята стабилност. BMS (системата за управление на сградата) регулира изхода на всяка клетка и гарантира поддържането на максималното напрежение на батерията.

С разрушаването на материалите на електродите, ниското напрежение се превръща в сериозен проблем. Ако напрежението на някоя клетка падне под определен праг, BMS (системата за управление на сградата) изключва батерията от веригата. Тя служи и като предпазител при претоварване по ток и ще изключи работата ѝ по време на късо съединение.

LiFePO4 батерии срещу литиево-йонни батерии

LiFePO4 батериите не са подходящи за носими устройства като часовници. Те имат по-ниска енергийна плътност от всички други литиеви батерии. Въпреки това, те са най-подходящи за слънчеви енергийни системи, кемпери, голф колички, басови лодки и електрически мотоциклети.

★Едно от основните предимства на тези батерии е техният живот на цикли.

Тези батерии могат да издържат над 4 пъти по-дълго от другите. Те са по-безопасни и могат да достигнат до 100% дълбочина на разреждане, което означава, че могат да се използват за по-дълъг период от време.

По-долу са посочени допълнителни причини, поради които тези батерии са по-добра алтернатива на литиево-йонните батерии.

★Ниска цена

LFP батериите са съставени от желязо и фосфор, добиват се в огромен мащаб и са евтини. Цената на LFP батериите се оценява на до 70 процента по-ниска на килограм от богатите на никел NMC батерии. Химичният им състав осигурява ценово предимство. Най-ниските отчетени цени на клетките за LFP батерии паднаха под $100/kWh за първи път през 2020 г.

★Малко въздействие върху околната среда
LFP батериите не съдържат никел или кобалт, които са скъпи и имат голямо въздействие върху околната среда. Тези батерии са презареждаеми, което показва тяхната екологичност.

★Подобрена ефективност и производителност
LFP батериите са известни с дългия си жизнен цикъл, което ги прави популярен избор за приложения, които изискват надеждна и постоянна мощност във времето. Тези батерии губят капацитет по-бавно в сравнение с други литиево-йонни батерии, което спомага за запазването на тяхната производителност в дългосрочен план. Освен това, те имат по-ниско работно напрежение, което води до по-малко вътрешно съпротивление и по-бързи скорости на зареждане/разреждане.

★Подобрена безопасност и стабилност
LFP батериите са термично и химически стабилни, следователно е по-малко вероятно да експлодират или да се запалят. LFP произвежда една шеста от топлината в сравнение с богатия на никел NMC. Тъй като Co-O връзката е по-силна в LFP батериите, кислородните атоми се освобождават по-бавно при късо съединение или прегряване. Освен това в напълно заредените клетки не остава литий, което ги прави силно устойчиви на загуба на кислород в сравнение с екзотермичните реакции, наблюдавани в други литиеви клетки.

★Малък и лек
LFP батериите са с близо 50% по-леки от литиево-мангановите оксидни батерии. Те са до 70% по-леки от оловно-киселинните батерии. Когато използвате LiFePO4 батерия в превозно средство, използвате по-малко гориво и имате по-голяма маневреност. Те са също така малки и компактни, което ви позволява да спестите място на вашия скутер, лодка, кемпер или промишлено приложение.

LiFePO4 батерии срещу нелитиеви батерии
Нелитиевите батерии имат редица предимства, но е вероятно да бъдат заменени в средносрочен план, предвид потенциала на новите LiFePo4 батерии, тъй като по-старата технология е скъпа и по-неефективна.

☆Оловно-киселинни батерии
Оловно-киселинните батерии може да изглеждат рентабилни на пръв поглед, но в дългосрочен план се оказват по-скъпи. Това се дължи на факта, че изискват по-честа поддръжка и подмяна. LiFePO4 батерията ще издържи 2-4 пъти по-дълго, без да е необходима поддръжка.

☆Гел батерии
Гел батериите, подобно на LiFePO4 батериите, не изискват често презареждане и не губят заряд при съхранение. Но гел батериите се зареждат по-бавно. Те трябва да се изключат веднага щом се заредят напълно, за да се избегне повреда.

☆AGM батерии
Докато AGM батериите са изложени на висок риск от повреда под 50% капацитет, LiFePO4 батериите могат да бъдат разредени напълно без риск от повреда. Освен това е трудно да се поддържат в работно състояние.

Приложения за LiFePO4 батерии
LiFePO4 батериите имат много ценни приложения, включително

●Рибарски лодки и каяци: Можете да прекарате повече време във водата с по-малко време за зареждане и по-дълго време на работа. По-малкото тегло осигурява по-лесно управление и по-висока скорост по време на риболовни състезания с високи залози.

● Скутери и мотопеди за мобилност: Няма товар, който да ви забавя. Заредете батерията си до по-малко от пълния капацитет за спонтанни пътувания, без да я повредите.

●Соларни конфигурации: Носете леки LiFePO4 батерии, където и да ви отведе животът (дори нагоре по планина или извън електрическата мрежа), за да използвате слънчевата енергия.

●Търговска употреба: Това са най-безопасните и издръжливи литиеви батерии, което ги прави идеални за промишлени приложения, като например подови машини, повдигащи се врати и други.

Освен това, литиево-железните фосфатни батерии захранват много други устройства, като фенерчета, електронни цигари, радиооборудване, аварийно осветление и други.

Възможности за широкомащабно внедряване на LFP
Въпреки че LFP батериите са по-евтини и по-стабилни от алтернативите, енергийната плътност е значителна пречка за широкото им приложение. LFP батериите имат много по-ниска енергийна плътност, варираща между 15 и 25%. Това обаче се променя с използването на по-дебели електроди, като тези, използвани в произведения в Шанхай Model 3, който има енергийна плътност от 359 Wh/литър.

Поради дългия жизнен цикъл на LFP батериите, те имат по-голям капацитет от литиево-йонните батерии със сравнимо тегло. Това означава, че енергийната плътност на тези батерии ще стане по-близка с течение на времето.

Друга пречка пред масовото приемане е, че Китай доминира на пазара поради множеството патенти за LFP. С изтичането на тези патенти се спекулира, че производството на LFP, подобно на производството на превозни средства, ще бъде локализирано.

Големи автомобилни производители като Ford, Volkswagen и Tesla все повече използват технологията, като заместват никеловите или кобалтовите формули. Неотдавнашното съобщение на Tesla в тримесечната ѝ актуализация е само началото. Tesla също така предостави кратка актуализация за своя батериен пакет 4680, който ще има по-висока енергийна плътност и пробег. Възможно е също така Tesla да използва конструкция „клетка до пакет“, за да кондензира повече клетки и да побере по-ниска енергийна плътност.

Въпреки възрастта си,ЛФПи намаляването на разходите за батерии може да е от решаващо значение за ускоряване на масовото приемане на електрически превозни средства. До 2023 г. се очаква цените на литиево-йонните батерии да бъдат близо 100 долара/kWh. LFP може да позволят на автомобилните производители да наблегнат на фактори като удобство или време за презареждане, а не само на цената.