أعلن تقرير Tesla للربع الثالث من عام 2021 عن الانتقال إلى بطاريات LiFePO4 كمعيار جديد في سياراتها.ولكن ما هي بالضبط بطاريات LiFePO4؟
نيويورك، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية، 26 مايو 2022 /EINPresswire.com/ – هل هي بديل أفضل لبطاريات Li-Ion؟كيف تختلف هذه البطاريات عن البطاريات الأخرى؟
مقدمة لبطاريات LiFePO4
بطارية ليثيوم فوسفات الحديد (LFP) هي بطارية ليثيوم أيون ذات معدلات شحن وتفريغ أسرع.إنها بطارية قابلة لإعادة الشحن مع LiFePO4 ككاثود وقطب كربون غرافيتي مع دعامة معدنية مثل الأنود.
تتميز بطاريات LiFePO4 بكثافة طاقة أقل من بطاريات الليثيوم أيون وفولتية تشغيل أقل.لديهم معدل تفريغ منخفض مع منحنيات مسطحة وأكثر أمانًا من Li-ion.تُعرف هذه البطاريات أيضًا باسم بطاريات الليثيوم فيروفوسفات.
اختراع بطاريات LiFePO4
بطاريات LiFePO4اخترعها جون ب. جوديناف وأروموجام مانثيرام.وكانوا من بين أول من حدد المواد المستخدمة في بطاريات الليثيوم أيون.لا تعد مواد الأنود مثالية لبطاريات الليثيوم أيون نظرًا لميلها إلى حدوث ماس كهربائي مبكر.
وجد العلماء أن مواد الكاثود أفضل مقارنة بكاثودات بطارية الليثيوم أيون.هذا ملحوظ بشكل خاص في متغيرات بطارية LiFePO4.إنها تعزز الاستقرار والموصلية وتحسن مجموعة متنوعة من الجوانب الأخرى.
في هذه الأيام، توجد بطاريات LiFePO4 في كل مكان ولها تطبيقات مختلفة، بما في ذلك استخدامها في القوارب وأنظمة الطاقة الشمسية والمركبات.بطاريات LiFePO4 خالية من الكوبالت وأقل تكلفة من معظم البدائل.إنها غير سامة ولها مدة صلاحية أطول.
وظيفة أنظمة إدارة البطارية في بطاريات LFP
تتكون بطاريات LFP من أكثر من مجرد خلايا متصلة؛لديهم نظام يضمن بقاء البطارية ضمن الحدود الآمنة.يقوم نظام إدارة البطارية (BMS) بحماية البطارية والتحكم فيها ومراقبتها في ظل ظروف التشغيل لضمان السلامة وإطالة عمر البطارية.
وظيفة أنظمة إدارة البطارية في بطاريات LFP
على الرغم من أن خلايا فوسفات حديد الليثيوم أكثر تحملاً، إلا أنها مع ذلك عرضة للجهد الزائد أثناء الشحن، مما يقلل من الأداء.من المحتمل أن تتدهور المادة المستخدمة في الكاثود وتفقد استقرارها.ينظم نظام إدارة المباني (BMS) إخراج كل خلية ويضمن الحفاظ على أقصى جهد للبطارية.
مع تدهور مواد القطب الكهربائي، يصبح انخفاض الجهد مصدر قلق شديد.إذا انخفض جهد أي خلية إلى ما دون عتبة معينة، يقوم نظام BMS بفصل البطارية عن الدائرة.كما أنه يعمل بمثابة دعامة في حالة التيار الزائد وسيوقف تشغيله أثناء قصر الدائرة.
بطاريات LiFePO4 مقابل بطاريات الليثيوم أيون
بطاريات LiFePO4 غير مناسبة للأجهزة القابلة للارتداء مثل الساعات.لديهم كثافة طاقة أقل من أي بطاريات ليثيوم أخرى.ومع ذلك، فهي الأفضل لأنظمة الطاقة الشمسية، والمركبات الترفيهية، وعربات الجولف، وقوارب الباص، والدراجات النارية الكهربائية.
واحدة من المزايا الرئيسية لهذه البطاريات هي دورة حياتها.
يمكن لهذه البطاريات أن تدوم أكثر من 4 مرات أطول من البطاريات الأخرى.إنها أكثر أمانًا ويمكن أن تصل إلى عمق تفريغ يصل إلى 100%، مما يعني أنه يمكن استخدامها لفترة أطول.
فيما يلي الأسباب الأخرى التي تجعل هذه البطاريات بديلاً أفضل لبطاريات Li-ion.
تكلفة منخفضة
تُصنع بطاريات LFP من الحديد والفوسفور، ويتم استخراجها على نطاق واسع، كما أنها رخيصة الثمن.وتقدر تكلفة بطاريات LFP بما يصل إلى 70 بالمائة أقل لكل كيلوغرام من بطاريات NMC الغنية بالنيكل.يوفر تركيبها الكيميائي ميزة التكلفة.انخفضت أدنى أسعار الخلايا المبلغ عنها لبطاريات LFP إلى أقل من 100 دولار / كيلووات في الساعة لأول مرة في عام 2020.
تأثير بيئي صغير
لا تحتوي بطاريات LFP على النيكل أو الكوبالت، وهي باهظة الثمن ولها تأثير كبير على البيئة.هذه البطاريات قابلة لإعادة الشحن مما يدل على ملاءمتها للبيئة.
تحسين الكفاءة والأداء
تُعرف بطاريات LFP بدورة حياتها الطويلة، مما يجعلها خيارًا شائعًا للتطبيقات التي تتطلب خرج طاقة موثوقًا ومتسقًا بمرور الوقت.وتشهد هذه البطاريات معدلات فقدان قدرة أبطأ من بطاريات الليثيوم أيون الأخرى، مما يساعد على الحفاظ على أدائها على المدى الطويل.بالإضافة إلى ذلك، فهي تتمتع بجهد تشغيل أقل، مما يؤدي إلى مقاومة داخلية أقل وسرعات شحن/تفريغ أسرع.
تعزيز السلامة والاستقرار
تتميز بطاريات LFP بأنها مستقرة حراريًا وكيميائيًا، وبالتالي فهي أقل عرضة للانفجار أو اشتعال النيران.تنتج LFP سدس حرارة NMC الغنية بالنيكل.نظرًا لأن رابطة Co-O أقوى في بطاريات LFP، يتم إطلاق ذرات الأكسجين بشكل أبطأ في حالة قصر الدائرة الكهربائية أو ارتفاع درجة حرارتها.علاوة على ذلك، لا يبقى أي ليثيوم في الخلايا المشحونة بالكامل، مما يجعلها شديدة المقاومة لفقد الأكسجين مقارنة بالتفاعلات الطاردة للحرارة التي تظهر في خلايا الليثيوم الأخرى.
صغيرة وخفيفة الوزن
تعد بطاريات LFP أخف بنسبة 50% تقريبًا من بطاريات أكسيد الليثيوم المنغنيز.وهي أخف بنسبة تصل إلى 70% من بطاريات الرصاص الحمضية.عند استخدام بطارية LiFePO4 في السيارة، فإنك تستخدم كمية أقل من الغاز وتتمتع بقدرة أكبر على المناورة.كما أنها صغيرة الحجم وصغيرة الحجم، مما يسمح لك بتوفير مساحة على السكوتر أو القارب أو السيارة الترفيهية أو التطبيق الصناعي.
بطاريات LiFePO4 مقابل البطاريات غير الليثيوم
تتمتع البطاريات غير الليثيوم بعدد من المزايا ولكن من المحتمل أن يتم استبدالها على المدى المتوسط نظرًا لإمكانيات بطاريات LiFePo4 الجديدة نظرًا لأن التكنولوجيا القديمة باهظة الثمن وأقل كفاءة.
بطاريات الرصاص الحمضية
قد تبدو بطاريات الرصاص الحمضية فعالة من حيث التكلفة في البداية، لكنها تصبح أكثر تكلفة على المدى الطويل.ويرجع ذلك إلى حقيقة أنها تتطلب المزيد من الصيانة والاستبدال المتكرر.سوف تدوم بطارية LiFePO4 لفترة أطول من 2 إلى 4 مرات دون الحاجة إلى الصيانة.
بطاريات جل
لا تتطلب بطاريات الجل، مثل بطاريات LiFePO4، إعادة شحن متكررة ولا تفقد الشحن أثناء تخزينها.لكن بطاريات الجل يتم شحنها بمعدل أبطأ.يجب فصلها بمجرد شحنها بالكامل لتجنب التدمير.
بطاريات AGM
في حين أن بطاريات AGM معرضة لخطر كبير للتلف بأقل من 50% من سعتها، إلا أنه يمكن تفريغ بطاريات LiFePO4 بالكامل دون أي خطر للتلف.كما أنه من الصعب الاحتفاظ بها.
تطبيقات لبطاريات LiFePO4
تتمتع بطاريات LiFePO4 بالعديد من التطبيقات القيمة، بما في ذلك
قوارب الصيد وقوارب الكاياك: يمكنك قضاء المزيد من الوقت على الماء مع وقت شحن أقل ووقت تشغيل أطول.يوفر الوزن الأقل سهولة في التعامل ومطبًا للسرعة أثناء مسابقات الصيد عالية المخاطر.
الدراجات البخارية والدراجات البخارية الصغيرة: لا يوجد وزن ثقيل يبطئك.اشحن بطاريتك بأقل من سعتها الكاملة للقيام برحلات عفوية دون إتلافها.
تكوينات الطاقة الشمسية: احمل بطاريات LiFePO4 خفيفة الوزن أينما تأخذك الحياة (حتى أعلى الجبل أو خارج الشبكة) لتسخير طاقة الشمس.
الاستخدام التجاري: هذه هي بطاريات الليثيوم الأكثر أمانًا والأقوى مما يجعلها مثالية للتطبيقات الصناعية مثل آلات الأرضيات وبوابات رفع الأمتعة والمزيد.
علاوة على ذلك، تعمل بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم على تشغيل العديد من الأجهزة الأخرى مثل المصابيح الكهربائية والسجائر الإلكترونية وأجهزة الراديو وإضاءة الطوارئ وغيرها من العناصر.
إمكانيات تنفيذ LFP على نطاق واسع
في حين أن بطاريات LFP أقل تكلفة وأكثر استقرارًا من البدائل، فقد كانت كثافة الطاقة عائقًا كبيرًا أمام اعتمادها على نطاق واسع.تتمتع بطاريات LFP بكثافة طاقة أقل بكثير، تتراوح بين 15 و25%.ومع ذلك، فإن هذا يتغير باستخدام أقطاب كهربائية أكثر سمكًا مثل تلك المستخدمة في الطراز 3 المصنوع في شنغهاي، والذي تبلغ كثافة الطاقة فيه 359 وات في الساعة/لتر.
نظرًا لدورة الحياة الطويلة لبطاريات LFP، فهي تتمتع بقدرة أكبر من بطاريات Li-ion ذات الوزن المماثل.وهذا يعني أن كثافة الطاقة لهذه البطاريات ستصبح أكثر تشابهًا بمرور الوقت.
هناك عائق آخر أمام التبني الجماعي وهو أن الصين سيطرت على السوق بسبب عدد كبير من براءات اختراع LFP.مع انتهاء صلاحية براءات الاختراع هذه، هناك تكهنات بأن إنتاج LFP، مثل تصنيع المركبات، سيكون محليًا.
تستخدم شركات صناعة السيارات الكبرى مثل فورد وفولكس فاجن وتيسلا هذه التكنولوجيا بشكل متزايد عن طريق استبدال تركيبات النيكل أو الكوبالت.إن إعلان تسلا الأخير في تحديثها الربع سنوي هو مجرد البداية.قدمت Tesla أيضًا تحديثًا موجزًا لحزمة البطارية 4680، والتي ستتمتع بكثافة ونطاق طاقة أعلى.ومن الممكن أيضًا أن تستخدم تسلا بناء "الخلية إلى الحزمة" لتكثيف المزيد من الخلايا واستيعاب كثافة طاقة أقل.
على الرغم من عمرها، قد يكون LFP وانخفاض تكاليف البطارية أمرًا بالغ الأهمية في تسريع اعتماد السيارات الكهربائية على نطاق واسع.وبحلول عام 2023، من المتوقع أن تقترب أسعار أيون الليثيوم من 100 دولار للكيلووات في الساعة.قد تمكن LFPs شركات صناعة السيارات من التركيز على عوامل مثل الراحة أو وقت إعادة الشحن بدلاً من السعر فقط.
وقت النشر: 10 أغسطس 2022