Teslas Q3-Bericht 2021 kündigte die Umstellung auf LiFePO4-Batterien als neuen Standard in seinen Fahrzeugen an.Doch was genau sind LiFePO4-Akkus?
NEW YORK, NEW YORK, USA, 26. Mai 2022 /EINPresswire.com/ – Sind sie eine bessere Alternative zu Li-Ion-Akkus?Wie unterscheiden sich diese Batterien von anderen Batterien?
Einführung in LiFePO4-Batterien
Eine Lithium-Eisenphosphat-Batterie (LFP) ist eine Lithium-Ionen-Batterie mit schnelleren Lade- und Entladeraten.Es handelt sich um eine wiederaufladbare Batterie mit LiFePO4 als Kathode und einer graphitischen Kohlenstoffelektrode mit metallischer Rückseite als Anode.
LiFePO4-Batterien haben eine geringere Energiedichte als Lithium-Ionen-Batterien und niedrigere Betriebsspannungen.Sie haben eine niedrige Entladerate mit flachen Kurven und sind sicherer als Li-Ion.Diese Batterien werden auch als Lithiumferrophosphatbatterien bezeichnet.
Die Erfindung der LiFePO4-Batterien
LiFePO4-Batterienwurden von John B. Goodenough und Arumugam Manthiram erfunden.Sie gehörten zu den ersten, die die in Lithium-Ionen-Batterien verwendeten Materialien identifizierten.Anodenmaterialien sind für Lithium-Ionen-Batterien nicht ideal, da sie zu frühen Kurzschlüssen neigen.
Wissenschaftler fanden heraus, dass Kathodenmaterialien im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batteriekathoden besser sind.Dies macht sich insbesondere bei den LiFePO4-Akkuvarianten bemerkbar.Sie erhöhen die Stabilität und Leitfähigkeit und verbessern eine Vielzahl anderer Aspekte.
Heutzutage sind LiFePO4-Batterien überall zu finden und haben verschiedene Anwendungen, darunter den Einsatz in Booten, Solaranlagen und Fahrzeugen.LiFePO4-Batterien sind kobaltfrei und kostengünstiger als die meisten Alternativen.Es ist ungiftig und hat eine längere Haltbarkeit.
Technische Daten der LFP-Batterie
Quelle
Die Funktion von Batteriemanagementsystemen in LFP-Batterien
LFP-Batterien bestehen aus mehr als nur verbundenen Zellen;Sie verfügen über ein System, das sicherstellt, dass die Batterie innerhalb sicherer Grenzen bleibt.Ein Batteriemanagementsystem (BMS) schützt, steuert und überwacht die Batterie unter Betriebsbedingungen, um Sicherheit zu gewährleisten und die Batterielebensdauer zu verlängern.
Die Funktion von Batteriemanagementsystemen in LFP-Batterien
Obwohl Lithium-Eisenphosphat-Zellen toleranter sind, neigen sie beim Laden dennoch zu Überspannungen, die die Leistung beeinträchtigen.Das für die Kathode verwendete Material könnte sich möglicherweise verschlechtern und seine Stabilität verlieren.Das BMS regelt die Leistung jeder Zelle und sorgt dafür, dass die maximale Spannung der Batterie erhalten bleibt.
Wenn sich die Elektrodenmaterialien verschlechtern, wird Unterspannung zu einem ernsten Problem.Wenn die Spannung einer Zelle unter einen bestimmten Schwellenwert fällt, trennt das BMS die Batterie vom Stromkreis.Es dient auch als Rücklaufsperre bei Überstrom und unterbricht den Betrieb bei Kurzschlüssen.
LiFePO4-Batterien vs. Lithium-Ionen-Batterien
Die LiFePO4-Akkus sind nicht für tragbare Geräte wie Uhren geeignet.Sie haben eine geringere Energiedichte als alle anderen Lithiumbatterien.Sie eignen sich jedoch am besten für Solaranlagen, Wohnmobile, Golfwagen, Bassboote und Elektromotorräder.
Einer der Hauptvorteile dieser Batterien ist ihre Zyklenlebensdauer.
Diese Batterien können mehr als viermal länger halten als andere.Sie sind sicherer und können eine Entladungstiefe von bis zu 100 % erreichen, was bedeutet, dass sie über einen längeren Zeitraum verwendet werden können.
Nachfolgend finden Sie weitere Gründe, warum diese Akkus eine bessere Alternative zu Li-Ionen-Akkus sind.
Niedrige Kosten
LFP-Batterien werden aus Eisen und Phosphor hergestellt, in großen Mengen abgebaut und sind kostengünstig.Schätzungen zufolge sind die Kosten für LFP-Batterien pro Kilogramm um bis zu 70 Prozent niedriger als für nickelreiche NMC-Batterien.Seine chemische Zusammensetzung bietet einen Kostenvorteil.Die niedrigsten gemeldeten Zellpreise für LFP-Batterien fielen im Jahr 2020 erstmals unter 100 US-Dollar/kWh.
Geringe Auswirkungen auf die Umwelt
LFP-Batterien enthalten weder Nickel noch Kobalt, die teuer sind und große Auswirkungen auf die Umwelt haben.Diese Batterien sind wiederaufladbar, was ihre Umweltfreundlichkeit unterstreicht.
Verbesserte Effizienz und Leistung
LFP-Batterien sind für ihre lange Lebensdauer bekannt und daher eine beliebte Wahl für Anwendungen, die eine zuverlässige und konstante Leistungsabgabe über einen längeren Zeitraum erfordern.Bei diesen Akkus kommt es zu langsameren Kapazitätsverlusten als bei anderen Lithium-Ionen-Akkus, was dazu beiträgt, ihre Leistung langfristig zu erhalten.Darüber hinaus verfügen sie über eine niedrigere Betriebsspannung, was zu einem geringeren Innenwiderstand und schnelleren Lade-/Entladegeschwindigkeiten führt.
Erhöhte Sicherheit und Stabilität
LFP-Batterien sind thermisch und chemisch stabil und daher weniger anfällig für Explosionen oder Feuer.LFP erzeugt ein Sechstel der Wärme von nickelreichem NMC.Da die Co-O-Bindung in LFP-Batterien stärker ist, werden Sauerstoffatome bei Kurzschluss oder Überhitzung langsamer freigesetzt.Darüber hinaus verbleibt in voll geladenen Zellen kein Lithium, was sie im Vergleich zu den exothermen Reaktionen, die bei anderen Lithiumzellen auftreten, äußerst widerstandsfähig gegen Sauerstoffverlust macht.
Klein und leicht
LFP-Batterien sind fast 50 % leichter als Lithium-Manganoxid-Batterien.Sie sind bis zu 70 % leichter als Blei-Säure-Batterien.Wenn Sie eine LiFePO4-Batterie in einem Fahrzeug verwenden, verbrauchen Sie weniger Benzin und haben mehr Manövrierfähigkeit.Außerdem sind sie klein und kompakt, sodass Sie Platz auf Ihrem Roller, Boot, Wohnmobil oder in der Industrie sparen.
LiFePO4-Batterien im Vergleich zu Nicht-Lithium-Batterien
Nicht-Lithium-Batterien haben eine Reihe von Vorteilen, werden aber aufgrund des Potenzials der neuen LiFePo4-Batterien mittelfristig wahrscheinlich ersetzt, da ältere Technologie teuer und weniger effizient ist.
Blei-Säure-Batterien
Blei-Säure-Batterien scheinen auf den ersten Blick kostengünstig zu sein, auf lange Sicht werden sie jedoch teurer.Dies liegt daran, dass sie häufiger gewartet und ausgetauscht werden müssen.Eine LiFePO4-Batterie hält zwei- bis viermal länger, ohne dass eine Wartung erforderlich ist.
Gelbatterien
Gelbatterien müssen wie LiFePO4-Batterien nicht häufig aufgeladen werden und verlieren während der Lagerung nicht ihre Ladung.Allerdings werden Gelbatterien langsamer aufgeladen.Sobald sie vollständig aufgeladen sind, müssen sie abgeklemmt werden, um eine Zerstörung zu vermeiden.
AGM-Batterien
Während bei AGM-Batterien ein hohes Risiko besteht, dass sie unter 50 % ihrer Kapazität beschädigt werden, können LiFePO4-Batterien vollständig entladen werden, ohne dass die Gefahr einer Beschädigung besteht.Außerdem ist es schwierig, sie aufrechtzuerhalten.
Anwendungen für LiFePO4-Batterien
LiFePO4-Batterien haben viele wertvolle Anwendungen, darunter
Fischerboote und Kajaks: Mit kürzerer Ladezeit und längerer Laufzeit können Sie mehr Zeit auf dem Wasser verbringen.Weniger Gewicht sorgt für eine einfachere Handhabung und einen Geschwindigkeitsschub bei anspruchsvollen Angelwettbewerben.
Mobilitätsroller und Mopeds: Es gibt kein Eigengewicht, das Sie bremst.Laden Sie Ihren Akku für spontane Fahrten nicht vollständig auf, ohne ihn zu beschädigen.
Solarkonfigurationen: Nehmen Sie leichte LiFePO4-Batterien mit, wohin auch immer Sie das Leben führt (sogar auf einen Berg oder abseits des Stromnetzes), um die Kraft der Sonne zu nutzen.
Gewerbliche Nutzung: Dies sind die sichersten und robustesten Lithiumbatterien, die sie ideal für industrielle Anwendungen wie Bodenmaschinen, Heckklappen und mehr machen.
Darüber hinaus versorgen Lithium-Eisenphosphat-Batterien viele andere Geräte wie Taschenlampen, elektronische Zigaretten, Funkgeräte, Notbeleuchtung und andere Gegenstände mit Strom.
Möglichkeiten für die groß angelegte LFP-Implementierung
Obwohl LFP-Batterien kostengünstiger und stabiler als Alternativen sind, war die Energiedichte ein erhebliches Hindernis für eine breite Einführung.LFP-Batterien haben eine deutlich geringere Energiedichte, die zwischen 15 und 25 % liegt.Dies ändert sich jedoch durch den Einsatz dickerer Elektroden, wie sie im in Shanghai hergestellten Modell 3 verwendet werden, das eine Energiedichte von 359 Wh/Liter hat.
Aufgrund der langen Lebensdauer von LFP-Batterien verfügen sie über eine höhere Kapazität als Li-Ionen-Batterien mit vergleichbarem Gewicht.Dies bedeutet, dass die Energiedichte dieser Batterien mit der Zeit immer ähnlicher wird.
Ein weiteres Hindernis für die Masseneinführung besteht darin, dass China aufgrund der Vielzahl von LFP-Patenten den Markt dominiert hat.Da diese Patente auslaufen, gibt es Spekulationen darüber, dass die LFP-Produktion ebenso wie der Fahrzeugbau lokalisiert wird.
Große Automobilhersteller wie Ford, Volkswagen und Tesla nutzen die Technologie zunehmend, indem sie Nickel- oder Kobaltformulierungen ersetzen.Die jüngste Ankündigung von Tesla in seinem vierteljährlichen Update ist nur der Anfang.Tesla hat außerdem ein kurzes Update zu seinem 4680-Akkupack bereitgestellt, der über eine höhere Energiedichte und Reichweite verfügen wird.Es ist auch möglich, dass Tesla eine „Cell-to-Pack“-Konstruktion verwendet, um mehr Zellen zu verdichten und eine geringere Energiedichte zu ermöglichen.
Trotz seines Alters können LFP und die Reduzierung der Batteriekosten entscheidend für die Beschleunigung der Masseneinführung von Elektrofahrzeugen sein.Bis 2023 werden die Lithium-Ionen-Preise voraussichtlich bei etwa 100 US-Dollar/kWh liegen.LFPs können es Autoherstellern ermöglichen, Faktoren wie Komfort oder Ladezeit statt nur den Preis hervorzuheben.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 10. August 2022