В отчете Tesla за третий квартал 2021 года было объявлено о переходе на батареи LiFePO4 в качестве нового стандарта в ее автомобилях.Но что такое батареи LiFePO4?
НЬЮ-ЙОРК, НЬЮ-ЙОРК, США, 26 мая 2022 г. /EINPresswire.com/ — Являются ли они лучшей альтернативой литий-ионным аккумуляторам?Чем эти аккумуляторы отличаются от других аккумуляторов?
Введение в батареи LiFePO4
Литий-железо-фосфатный аккумулятор (LFP) — это литий-ионный аккумулятор с более высокой скоростью зарядки и разрядки.Это перезаряжаемая батарея с LiFePO4 в качестве катода и угольно-графитовым электродом с металлической подложкой в качестве анода.
Аккумуляторы LiFePO4 имеют более низкую плотность энергии, чем литий-ионные аккумуляторы, и более низкое рабочее напряжение.Они имеют низкую скорость разряда с плоскими кривыми и более безопасны, чем литий-ионные.Эти батареи также известны как литий-феррофосфатные батареи.
Изобретение аккумуляторов LiFePO4
LiFePO4 батареибыли изобретены Джоном Б. Гуденафом и Арумугамом Мантирамом.Они были одними из первых, кто определил материалы, используемые в литий-ионных батареях.Анодные материалы не идеальны для литий-ионных аккумуляторов из-за их склонности к раннему короткому замыканию.
Ученые обнаружили, что катодные материалы лучше по сравнению с катодами литий-ионных аккумуляторов.Это особенно заметно в вариантах аккумуляторов LiFePO4.Они повышают стабильность и проводимость, а также улучшают множество других аспектов.
В наши дни батареи LiFePO4 можно найти повсюду, и они имеют различные применения, включая использование в лодках, солнечных системах и транспортных средствах.Аккумуляторы LiFePO4 не содержат кобальта и дешевле, чем большинство альтернатив.Он нетоксичен и имеет более длительный срок хранения.
Технические характеристики батареи LFP
Источник
Функция систем управления батареями в батареях LFP
Батареи LFP состоят не только из соединенных ячеек;у них есть система, которая гарантирует, что батарея остается в безопасных пределах.Система управления батареями (BMS) защищает, контролирует и контролирует батарею в рабочих условиях, чтобы обеспечить безопасность и продлить срок службы батареи.
Функция систем управления батареями в батареях LFP
Несмотря на то, что литий-железо-фосфатные элементы более толерантны, они все же склонны к перенапряжению при зарядке, что снижает производительность.Материал, используемый для катода, потенциально может испортиться и потерять свою стабильность.BMS регулирует выходную мощность каждой ячейки и обеспечивает поддержание максимального напряжения батареи.
Поскольку материалы электродов ухудшаются, пониженное напряжение становится серьезной проблемой.Если напряжение какой-либо ячейки падает ниже определенного порога, BMS отключает аккумулятор от цепи.Он также служит в качестве ограничителя обратного хода в условиях перегрузки по току и отключает свою работу при коротком замыкании.
Батареи LiFePO4 против литий-ионных батарей
Аккумуляторы LiFePO4 не подходят для носимых устройств, таких как часы.У них более низкая плотность энергии, чем у любых других литиевых батарей.Тем не менее, они лучше всего подходят для систем солнечной энергии, жилых автофургонов, тележек для гольфа, басовых лодок и электрических мотоциклов.
Одним из основных преимуществ этих аккумуляторов является срок службы.
Эти батареи могут работать более чем в 4 раза дольше, чем другие.Они более безопасны и могут достигать 100% глубины разряда, что означает, что их можно использовать в течение более длительного периода времени.
Ниже приведены другие причины, по которым эти батареи являются лучшей альтернативой литий-ионным батареям.
Бюджетный
Аккумуляторы LFP изготавливаются из железа и фосфора, добытых в огромных масштабах, и стоят недорого.Стоимость батарей LFP оценивается на 70 процентов ниже за кг, чем батареи NMC с высоким содержанием никеля.Его химический состав обеспечивает преимущество в цене.Самые низкие зарегистрированные цены на батареи LFP впервые в 2020 году упали ниже 100 долларов за кВтч.
Небольшое воздействие на окружающую среду
Аккумуляторы LFP не содержат никеля или кобальта, которые дороги и оказывают большое воздействие на окружающую среду.Эти аккумуляторы являются перезаряжаемыми, что свидетельствует об их экологичности.
Повышенная эффективность и производительность
Батареи LFP известны своим длительным жизненным циклом, что делает их популярным выбором для приложений, требующих надежной и стабильной выходной мощности в течение долгого времени.Эти батареи имеют более медленную скорость потери емкости, чем другие литий-ионные батареи, что помогает сохранить их производительность в течение длительного времени.Кроме того, они имеют более низкое рабочее напряжение, что приводит к меньшему внутреннему сопротивлению и более высокой скорости заряда/разряда.
Повышенная безопасность и стабильность
Аккумуляторы LFP термически и химически стабильны, поэтому вероятность взрыва или возгорания у них меньше.LFP производит в шесть раз меньше тепла, чем NMC с высоким содержанием никеля.Поскольку связь Co-O в батареях LFP прочнее, атомы кислорода высвобождаются медленнее при коротком замыкании или перегреве.Кроме того, в полностью заряженных элементах не остается лития, что делает их очень устойчивыми к потере кислорода по сравнению с экзотермическими реакциями, наблюдаемыми в других литиевых элементах.
Маленький и легкий
Аккумуляторы LFP почти на 50% легче, чем литий-марганцево-оксидные.Они на 70% легче свинцово-кислотных аккумуляторов.Когда вы используете аккумулятор LiFePO4 в автомобиле, вы используете меньше бензина и получаете большую маневренность.Кроме того, они маленькие и компактные, что позволяет сэкономить место на скутере, лодке, автофургоне или промышленном оборудовании.
Батареи LiFePO4 по сравнению с нелитиевыми батареями
Нелитиевые батареи имеют ряд преимуществ, но, вероятно, будут заменены в среднесрочной перспективе, учитывая потенциал новых батарей LiFePo4, поскольку более старые технологии дороги и менее эффективны.
Свинцово-кислотные батареи
Поначалу свинцово-кислотные аккумуляторы могут показаться рентабельными, но в конечном итоге они становятся более дорогими.Это связано с тем, что они требуют более частого обслуживания и замены.Аккумулятор LiFePO4 прослужит в 2-4 раза дольше без обслуживания.
Гелевые батареи
Гелевые аккумуляторы, как и аккумуляторы LiFePO4, не требуют частой подзарядки и не теряют заряд при хранении.Но гелевые аккумуляторы заряжаются медленнее.Они должны быть отключены, как только полностью заряжены, чтобы избежать разрушения.
АГМ аккумуляторы
В то время как батареи AGM подвержены высокому риску повреждения ниже 50% емкости, батареи LiFePO4 могут быть полностью разряжены без какого-либо риска повреждения.Кроме того, их трудно поддерживать.
Применение для аккумуляторов LiFePO4
Аккумуляторы LiFePO4 имеют множество полезных применений, в том числе
Рыбацкие лодки и каяки: вы можете проводить больше времени на воде с меньшим временем зарядки и более длительным временем работы.Меньший вес обеспечивает более легкое обращение и ускорение во время соревнований по рыбной ловле с высокими ставками.
Мобильные скутеры и мопеды: нет мертвого груза, который мог бы вас замедлить.Заряжайте аккумулятор менее чем на полную мощность для спонтанных поездок, не повреждая его.
Солнечные конфигурации: носите с собой легкие батареи LiFePO4, куда бы вас ни привела жизнь (даже в горы или за пределы сети), чтобы использовать энергию солнца.
Коммерческое использование: это самые безопасные и прочные литиевые батареи, что делает их идеальными для промышленного применения, например, в напольных машинах, подъемных бортах и т. д.
Кроме того, литий-железо-фосфатные батареи питают многие другие устройства, такие как фонарики, электронные сигареты, радиооборудование, аварийное освещение и другие предметы.
Возможности реализации широкомасштабного LFP
Хотя батареи LFP менее дороги и более стабильны, чем альтернативы, плотность энергии была серьезным препятствием для их широкого распространения.Аккумуляторы LFP имеют гораздо более низкую плотность энергии, от 15 до 25%.Однако это меняется с использованием более толстых электродов, таких как те, которые используются в шанхайской модели 3, плотность энергии которой составляет 359 Втч / литр.
Благодаря длительному жизненному циклу аккумуляторов LFP они имеют большую емкость, чем литий-ионные аккумуляторы сопоставимого веса.Это означает, что плотность энергии этих батарей со временем станет более похожей.
Еще одним препятствием для массового внедрения является то, что Китай доминирует на рынке из-за множества патентов LFP.По мере истечения срока действия этих патентов есть предположения, что производство LFP, как и производство автомобилей, будет локализовано.
Крупные автопроизводители, такие как Ford, Volkswagen и Tesla, все чаще используют эту технологию, заменяя составы на основе никеля или кобальта.Недавнее объявление Tesla в своем ежеквартальном обновлении — это только начало.Tesla также представила краткую информацию о своем аккумуляторном блоке 4680, который будет иметь более высокую плотность энергии и запас хода.Также возможно, что Tesla будет использовать конструкцию «ячейка-в-упаковку», чтобы уплотнить больше ячеек и обеспечить более низкую плотность энергии.
Несмотря на свой возраст, LFP и снижение стоимости аккумуляторов могут иметь решающее значение для ускорения массового внедрения электромобилей.Ожидается, что к 2023 году цены на литий-ион будут близки к 100 долларам за кВтч.LFP могут позволить автопроизводителям сделать акцент на таких факторах, как удобство или время перезарядки, а не только на цене.
Время публикации: 10 августа 2022 г.