LiFePO4 akumulators

Tesla 2021. gada 3. ceturkšņa pārskatos tika paziņots par pāreju uz LiFePO4 akumulatoriem kā jaunu standartu uzņēmuma transportlīdzekļos. Bet kas īsti ir LiFePO4 akumulatori?

ŅUJORKA, ŅUJORKA, ASV, 2022. gada 26. maijs /EINPresswire.com / — Vai tās ir labāka alternatīva litija jonu akumulatoriem? Ar ko šīs baterijas atšķiras no citām baterijām?

Ievads LiFePO4 akumulatoros

Litija dzelzs fosfāta (LFP) akumulators ir litija jonu akumulators ar ātrāku uzlādes un izlādes ātrumu. Tas ir atkārtoti uzlādējams akumulators ar LiFePO4 kā katodu un grafīta oglekļa elektrodu ar metāla pamatni kā anodu.

LiFePO4 akumulatoriem ir zemāks enerģijas blīvums nekā litija jonu akumulatoriem un zemāks darba spriegums. Tiem ir zems izlādes ātrums ar horizontālām līknēm, un tie ir drošāki par litija jonu akumulatoriem. Šīs baterijas ir pazīstamas arī kā litija ferofosfāta baterijas.

LiFePO4 akumulatoru izgudrojums

LiFePO4 baterijas izgudroja Džons B. Gudenahs un Arumugams Mantirams. Viņi bija vieni no pirmajiem, kas noteica litija jonu baterijās izmantotos materiālus. Anoda materiāli nav ideāli piemēroti litija jonu baterijām to tendences uz tūlītēju īsslēgumu dēļ.

Zinātnieki ir atklājuši, ka katoda materiāli ir labāki salīdzinājumā ar litija jonu akumulatoru katodiem. Tas ir īpaši pamanāms LiFePO4 akumulatoru variantos. Tie uzlabo stabilitāti un vadītspēju, kā arī dažādus citus aspektus.

Mūsdienās LiFePO4 akumulatori ir atrodami visur, un tiem ir dažādi pielietojumi, tostarp izmantošana laivās, saules enerģijas sistēmās un transportlīdzekļos. LiFePO4 akumulatori nesatur kobaltu un ir lētāki nekā vairums alternatīvu. Tie nav toksiski un tiem ir ilgāks glabāšanas laiks.

LFP akumulatora specifikācijas —

Akumulatora pārvaldības sistēmu funkcija LFP akumulatoros

LFP akumulatori sastāv ne tikai no savienotām šūnām; tiem ir sistēma, kas nodrošina akumulatora darbības laiku drošās robežās. Akumulatora pārvaldības sistēma (BMS) aizsargā, kontrolē un uzrauga akumulatoru darbības apstākļos, lai nodrošinātu drošību un pagarinātu akumulatora darbības laiku.

Akumulatora pārvaldības sistēmu funkcija LFP akumulatoros -

Lai gan litija dzelzs fosfāta elementi ir tolerantāki, tie tomēr ir pakļauti pārspriegumam uzlādes laikā, kas samazina veiktspēju. Katoda materiāls var potenciāli pasliktināties un zaudēt stabilitāti. BMS regulē katra elementa izejas jaudu un nodrošina akumulatora maksimālā sprieguma uzturēšanu.

Elektrodu materiāliem nolietojoties, nepietiekams spriegums kļūst par nopietnu problēmu. Ja kādas šūnas spriegums nokrītas zem noteiktā sliekšņa, akumulatora vadības sistēma (BMS) atvieno akumulatoru no ķēdes. Tā kalpo arī kā atpakaļgaitas bloķētājs pārslodzes gadījumā un īsslēguma gadījumā apturēs tā darbību.

LiFePO4 akumulatori salīdzinājumā ar litija jonu akumulatoriem

LiFePO4 akumulatori nav piemēroti valkājamām ierīcēm, piemēram, pulksteņiem. To enerģijas blīvums ir zemāks nekā citu litija akumulatoru. Tomēr tie ir vislabāk piemēroti saules enerģijas sistēmām, kemperiem, golfa ratiņiem, asaru laivām un elektriskajiem motocikliem.

★Viena no šo akumulatoru galvenajām priekšrocībām ir to cikla ilgums.

Šīs baterijas var kalpot vairāk nekā 4 reizes ilgāk nekā citas. Tās ir drošākas un var sasniegt līdz pat 100% izlādes dziļumu, kas nozīmē, ka tās var izmantot ilgāku laiku.

Tālāk ir norādīti papildu iemesli, kāpēc šīs baterijas ir labāka alternatīva litija jonu akumulatoriem.

★Zemas izmaksas

LFP akumulatori sastāv no dzelzs un fosfora, tiek iegūti milzīgos apjomos, un tie ir lēti. Tiek lēsts, ka LFP akumulatoru izmaksas ir pat par 70 procentiem zemākas par kilogramu nekā niķeli saturošiem NMC akumulatoriem. To ķīmiskais sastāvs nodrošina izmaksu priekšrocības. Zemākās ziņotās LFP akumulatoru elementu cenas 2020. gadā pirmo reizi nokritās zem 100 USD/kWh.

★Neliela ietekme uz vidi
LFP baterijas nesatur niķeli vai kobaltu, kas ir dārgi un rada lielu ietekmi uz vidi. Šīs baterijas ir uzlādējamas, kas apliecina to draudzīgumu videi.

★Uzlabota efektivitāte un veiktspēja
LFP akumulatori ir pazīstami ar savu ilgo kalpošanas laiku, padarot tos par iecienītu izvēli lietojumos, kuriem nepieciešama uzticama un nemainīga jaudas padeve laika gaitā. Šiem akumulatoriem ir lēnāks kapacitātes zudums nekā citiem litija jonu akumulatoriem, kas palīdz saglabāt to veiktspēju ilgtermiņā. Turklāt tiem ir zemāks darba spriegums, kā rezultātā ir mazāka iekšējā pretestība un ātrāks uzlādes/izlādes ātrums.

★Uzlabota drošība un stabilitāte
LFP akumulatori ir termiski un ķīmiski stabili, tāpēc tiem ir mazāka iespēja eksplodēt vai aizdegties. LFP rada vienu sesto daļu no siltuma nekā niķeli saturošie NMC. Tā kā Co-O saite LFP akumulatoros ir spēcīgāka, īssavienojuma vai pārkaršanas gadījumā skābekļa atomi atbrīvojas lēnāk. Turklāt pilnībā uzlādētās šūnās nepaliek litijs, padarot tās ļoti izturīgas pret skābekļa zudumu salīdzinājumā ar eksotermiskām reakcijām, kas novērotas citās litija šūnās.

★Mazs un viegls
LFP akumulatori ir gandrīz par 50 % vieglāki nekā litija mangāna oksīda akumulatori. Tie ir līdz pat 70 % vieglāki nekā svina-skābes akumulatori. Izmantojot LiFePO4 akumulatoru transportlīdzeklī, tiek patērēts mazāk degvielas un ir labāka manevrētspēja. Tie ir arī mazi un kompakti, ļaujot ietaupīt vietu uz motorollera, laivas, kempera vai rūpnieciskā lietojumā.

LiFePO4 akumulatori salīdzinājumā ar akumulatoriem, kas nav litija akumulatori
Akumulatoriem, kas nesatur litiju, ir vairākas priekšrocības, taču, ņemot vērā jauno LiFePo4 akumulatoru potenciālu, tie, visticamāk, tiks aizstāti vidējā termiņā, jo vecākās tehnoloģijas ir dārgas un mazāk efektīvas.

☆Svina skābes akumulatori
Svina-skābes akumulatori sākumā var šķist izmaksu ziņā efektīvi, taču ilgtermiņā tie galu galā izrādās dārgāki. Tas ir saistīts ar faktu, ka tiem nepieciešama biežāka apkope un nomaiņa. LiFePO4 akumulators kalpos 2–4 reizes ilgāk bez nepieciešamības veikt apkopi.

☆Gēla baterijas
Gēla akumulatoriem, tāpat kā LiFePO4 akumulatoriem, nav nepieciešama bieža uzlāde, un tie uzglabāšanas laikā nezaudē lādiņu. Taču gēla akumulatori uzlādējas lēnāk. Tie ir jāatvieno, tiklīdz tie ir pilnībā uzlādēti, lai izvairītos no bojājumiem.

☆AGM akumulatori
Lai gan AGM akumulatoriem ir augsts bojājumu risks, ja to ietilpība ir zem 50%, LiFePO4 akumulatorus var pilnībā izlādēt bez jebkāda bojājumu riska. Turklāt tos ir grūti uzturēt darba kārtībā.

LiFePO4 akumulatoru pielietojumi
LiFePO4 akumulatoriem ir daudz vērtīgu pielietojumu, tostarp

●Makšķerēšanas laivas un kajaki: Jūs varat pavadīt vairāk laika uz ūdens, pateicoties īsākam uzlādes laikam un ilgākam darbības laikam. Mazāks svars nodrošina vieglāku vadāmību un ātruma ierobežotāju augstas likmes makšķerēšanas sacensībās.

●Motorskūteri un mopēdi mobilitātei: Nav liekas slodzes, kas jūs palēninātu. Lai veiktu spontānus braucienus, uzlādējiet akumulatoru mazāk nekā pilnībā, to nebojājot.

●Saules enerģijas konfigurācijas: nēsājiet līdzi vieglus LiFePO4 akumulatorus, lai kurp jūs aizvestu dzīve (pat kalnā vai ārpus elektrotīkla), lai izmantotu saules enerģiju.

●Komerciāla lietošana: Šīs ir drošākās un izturīgākās litija baterijas, kas padara tās ideāli piemērotas rūpnieciskiem lietojumiem, piemēram, grīdas mašīnām, kravas nodalījuma durvīm un citur.

Turklāt litija dzelzs fosfāta baterijas darbina daudzas citas ierīces, piemēram, lukturīšus, elektroniskās cigaretes, radioiekārtas, avārijas apgaismojumu un citas lietas.

Plaša mēroga LFP ieviešanas iespējas
Lai gan LFP akumulatori ir lētāki un stabilāki nekā alternatīvas, enerģijas blīvums ir bijis būtisks šķērslis plašai ieviešanai. LFP akumulatoriem ir daudz zemāks enerģijas blīvums, kas svārstās no 15 līdz 25%. Tomēr tas mainās, izmantojot biezākus elektrodus, piemēram, tos, kas tiek izmantoti Šanhajā ražotajā Model 3, kura enerģijas blīvums ir 359 Wh/litrā.

LFP akumulatoru ilgā kalpošanas laika dēļ tiem ir lielāka ietilpība nekā līdzīga svara litija jonu akumulatoriem. Tas nozīmē, ka šo akumulatoru enerģijas blīvums laika gaitā kļūs līdzīgāks.

Vēl viens šķērslis masveida ieviešanai ir tas, ka Ķīna dominē tirgū daudzo LFP patentu dēļ. Tā kā šiem patentiem beidzas termiņš, pastāv spekulācijas, ka LFP ražošana, tāpat kā transportlīdzekļu ražošana, tiks lokalizēta.

Lieli autoražotāji, piemēram, Ford, Volkswagen un Tesla, arvien vairāk izmanto šo tehnoloģiju, aizstājot niķeļa vai kobalta formulas. Tesla nesenais paziņojums savā ceturkšņa pārskatā ir tikai sākums. Tesla sniedza arī īsu atjauninājumu par savu 4680 akumulatoru bloku, kam būs lielāks enerģijas blīvums un nobraukuma attālums. Iespējams arī, ka Tesla izmantos “no viena akumulatora elementa uz otru” konstrukciju, lai kondensētu vairāk šūnu un pielāgotos zemākam enerģijas blīvumam.

Neskatoties uz savu vecumu,LFPun akumulatoru izmaksu samazinājums varētu būt izšķirošs, lai paātrinātu masveida elektrotransportlīdzekļu ieviešanu. Paredzams, ka līdz 2023. gadam litija jonu akumulatoru cenas sasniegs 100 USD/kWh. LFP varētu ļaut autoražotājiem uzsvērt tādus faktorus kā ērtības vai uzlādes laiks, nevis tikai cenu.