LiFePO4 batéria

Správy spoločnosti Tesla za tretí štvrťrok 2021 oznámili prechod na batérie LiFePO4 ako nový štandard vo svojich vozidlách. Čo však vlastne sú batérie LiFePO4?

NEW YORK, NEW YORK, USA, 26. mája 2022 /EINPresswire.com / — Sú lepšou alternatívou k lítium-iónovým batériám? V čom sa tieto batérie líšia od iných batérií?

Úvod do LiFePO4 batérií

Lítium-železitophosphate (LFP) batéria je lítium-iónová batéria s rýchlejším nabíjaním a vybíjaním. Je to nabíjateľná batéria s LiFePO4 ako katódou a grafitovou uhlíkovou elektródou s kovovým podkladom ako anódou.

Batérie LiFePO4 majú nižšiu energetickú hustotu ako lítium-iónové batérie a nižšie prevádzkové napätie. Majú nízku rýchlosť vybíjania s horizontálnymi krivkami a sú bezpečnejšie ako lítium-iónové batérie. Tieto batérie sú tiež známe ako lítium-ferofosfátové batérie.

Vynález LiFePO4 batérií

Batérie LiFePO4 vynašli John B. Goodenough a Arumugam Manthiram. Boli medzi prvými, ktorí určili materiály používané v lítium-iónových batériách. Anódové materiály nie sú pre lítium-iónové batérie ideálne kvôli ich tendencii k okamžitému skratu.

Vedci zistili, že katódové materiály sú lepšie v porovnaní s katódami lítium-iónových batérií. Toto je obzvlášť viditeľné pri variantoch batérií LiFePO4. Zvyšujú stabilitu a vodivosť a zlepšujú množstvo ďalších aspektov.

V súčasnosti sa batérie LiFePO4 nachádzajú všade a majú rôzne využitie vrátane použitia v lodiach, solárnych systémoch a vozidlách. Batérie LiFePO4 neobsahujú kobalt a sú lacnejšie ako väčšina alternatív. Sú netoxické a majú dlhšiu životnosť.

Špecifikácie batérie LFP -

Funkcia systémov správy batérií v batériách LFP

Batérie LFP sa skladajú z viac než len prepojených článkov; majú systém, ktorý zabezpečuje, aby batéria zostala v bezpečných medziach. Systém správy batérií (BMS) chráni, riadi a monitoruje batériu za prevádzkových podmienok, aby zaistil bezpečnosť a predĺžil jej životnosť.

Funkcia systémov správy batérií v batériách LFP -

Napriek tomu, že lítium-železitophosfátové články sú odolnejšie, sú počas nabíjania náchylné na prepätie, čo znižuje výkon. Materiál použitý na katódu sa môže potenciálne opotrebovať a stratiť svoju stabilitu. Systém BMS reguluje výstup každého článku a zabezpečuje udržiavanie maximálneho napätia batérie.

S opotrebovaním materiálov elektród sa podpätie stáva vážnym problémom. Ak napätie ktoréhokoľvek článku klesne pod stanovenú prahovú hodnotu, systém BMS odpojí batériu od obvodu. Slúži tiež ako spätná väzba v prípade nadprúdu a počas skratu vypne batériu.

LiFePO4 batérie vs. lítium-iónové batérie

Batérie LiFePO4 nie sú vhodné pre nositeľné zariadenia, ako sú hodinky. Majú nižšiu energetickú hustotu ako akékoľvek iné lítiové batérie. Sú však najlepším riešením pre solárne systémy, obytné vozidlá, golfové vozíky, basové lode a elektrické motocykle.

★Jednou z hlavných výhod týchto batérií je ich životnosť.

Tieto batérie vydržia viac ako 4-krát dlhšie ako iné. Sú bezpečnejšie a dokážu dosiahnuť až 100 % hĺbku vybitia, čo znamená, že ich možno používať dlhší čas.

Nižšie sú uvedené ďalšie dôvody, prečo sú tieto batérie lepšou alternatívou k lítium-iónovým batériám.

★Nízke náklady

Batérie LFP sa skladajú zo železa a fosforu, ťažia sa vo veľkom meradle a sú lacné. Odhaduje sa, že cena batérií LFP je až o 70 percent nižšia na kilogram ako cena batérií NMC bohatých na nikel. Ich chemické zloženie poskytuje cenovú výhodu. Najnižšie hlásené ceny článkov pre batérie LFP klesli v roku 2020 prvýkrát pod 100 USD/kWh.

★Malý vplyv na životné prostredie
Batérie LFP neobsahujú nikel ani kobalt, ktoré sú drahé a majú veľký vplyv na životné prostredie. Tieto batérie sú nabíjateľné, čo svedčí o ich ekologickosti.

★Zlepšená účinnosť a výkon
Batérie LFP sú známe svojou dlhou životnosťou, vďaka čomu sú obľúbenou voľbou pre aplikácie, ktoré vyžadujú spoľahlivý a konzistentný výstupný výkon v priebehu času. Tieto batérie vykazujú pomalšiu stratu kapacity ako iné lítium-iónové batérie, čo pomáha zachovať ich výkon z dlhodobého hľadiska. Okrem toho majú nižšie prevádzkové napätie, čo má za následok menší vnútorný odpor a rýchlejšie nabíjanie/vybíjanie.

★Zvýšená bezpečnosť a stabilita
Batérie LFP sú tepelne a chemicky stabilné, a preto je menej pravdepodobné, že explodujú alebo sa vznietia. LFP produkuje šestinu tepla v porovnaní s NMC bohatým na nikel. Pretože väzba Co-O je v batériách LFP silnejšia, atómy kyslíka sa uvoľňujú pomalšie, ak dôjde ku skratu alebo prehriatiu. Okrem toho v plne nabitých článkoch nezostáva žiadny lítium, vďaka čomu sú v porovnaní s exotermickými reakciami pozorovanými v iných lítiových článkoch vysoko odolné voči strate kyslíka.

★Malý a ľahký
Batérie LFP sú takmer o 50 % ľahšie ako lítium-mangánové oxidové batérie. Sú až o 70 % ľahšie ako olovené batérie. Keď používate LiFePO4 batériu vo vozidle, spotrebujete menej paliva a máte lepšiu manévrovateľnosť. Sú tiež malé a kompaktné, čo vám umožňuje ušetriť miesto na skútri, lodi, karavane alebo v priemyselnom prostredí.

LiFePO4 batérie vs. nelítiové batérie
Nelítiové batérie majú množstvo výhod, ale vzhľadom na potenciál nových LiFePo4 batérií budú pravdepodobne v strednodobom horizonte nahradené, pretože staršia technológia je drahá a menej účinná.

☆Olovené batérie
Olovené batérie sa môžu na prvý pohľad zdať nákladovo efektívne, ale z dlhodobého hľadiska sú nakoniec drahšie. Je to spôsobené tým, že vyžadujú častejšiu údržbu a výmenu. Batéria LiFePO4 vydrží 2 až 4-krát dlhšie bez potreby údržby.

☆Gélové batérie
Gélové batérie, podobne ako LiFePO4 batérie, nevyžadujú časté nabíjanie a počas skladovania nestrácajú náboj. Gélové batérie sa však nabíjajú pomalšie. Po úplnom nabití je potrebné ich odpojiť, aby sa predišlo ich poškodeniu.

☆AGM batérie
Zatiaľ čo batérie AGM sú vystavené vysokému riziku poškodenia pod 50 % kapacity, batérie LiFePO4 sa dajú úplne vybiť bez rizika poškodenia. Tiež je ťažké ich udržiavať v dobrom stave.

Aplikácie pre LiFePO4 batérie
Batérie LiFePO4 majú mnoho cenných aplikácií, vrátane

●Rybárske člny a kajaky: S kratším časom nabíjania a dlhšou prevádzkou môžete stráviť viac času na vode. Nižšia hmotnosť poskytuje jednoduchšiu ovládateľnosť a zrýchľovací prah počas náročných rybárskych súťaží.

●Skútre a mopedy pre mobilitu: Neexistuje žiadna mŕtva záťaž, ktorá by vás spomaľovala. Nabite batériu na menej ako plnú kapacitu pre spontánne jazdy bez jej poškodenia.

●Solárne konfigurácie: Noste ľahké LiFePO4 batérie kamkoľvek vás život zavedie (aj na hory alebo mimo siete), aby ste využili slnečnú energiu.

●Komerčné použitie: Ide o najbezpečnejšie a najodolnejšie lítiové batérie, vďaka čomu sú ideálne pre priemyselné aplikácie, ako sú podlahové stroje, zdvíhacie okná a ďalšie.

Okrem toho lítium-železito-fosfátové batérie napájajú mnoho ďalších zariadení, ako sú baterky, elektronické cigarety, rádiové zariadenia, núdzové osvetlenie a ďalšie položky.

Možnosti implementácie LFP vo veľkom meradle
Hoci sú LFP batérie lacnejšie a stabilnejšie ako alternatívy, hustota energie bola významnou prekážkou ich širokého prijatia. LFP batérie majú oveľa nižšiu hustotu energie, ktorá sa pohybuje medzi 15 a 25 %. To sa však mení použitím hrubších elektród, ako sú tie, ktoré sa používajú v Modele 3 vyrobenom v Šanghaji, ktorý má hustotu energie 359 Wh/liter.

Vďaka dlhej životnosti batérií LFP majú väčšiu kapacitu ako lítium-iónové batérie s porovnateľnou hmotnosťou. To znamená, že energetická hustota týchto batérií sa časom bude viac približovať.

Ďalšou prekážkou masového prijatia je, že Čína dominuje na trhu kvôli množstvu patentov na LFP. Keďže platnosť týchto patentov vyprší, existujú špekulácie, že výroba LFP, podobne ako výroba vozidiel, bude lokalizovaná.

Veľké automobilky ako Ford, Volkswagen a Tesla čoraz viac využívajú túto technológiu nahrádzaním niklových alebo kobaltových zložení. Nedávne oznámenie spoločnosti Tesla vo svojej štvrťročnej aktualizácii je len začiatkom. Tesla tiež poskytla stručnú aktualizáciu o svojej batériovej sade 4680, ktorá bude mať vyššiu hustotu energie a dojazd. Je tiež možné, že Tesla použije konštrukciu „cell-to-pack“ na kondenzáciu väčšieho počtu článkov a prispôsobenie sa nižšej hustote energie.

Napriek svojmu veku,LFPa zníženie nákladov na batérie môže byť kľúčové pre urýchlenie masového prijatia elektromobilov. Očakáva sa, že do roku 2023 sa ceny lítium-iónových batérií budú blížiť k 100 USD/kWh. LFP môžu umožniť výrobcom automobilov zdôrazniť faktory, ako je pohodlie alebo čas nabíjania, a nie len cenu.