گزارش سه ماهه سوم 2021 تسلا از انتقال به باتری های LiFePO4 به عنوان استاندارد جدید در خودروهای خود خبر داد.اما باتری های LiFePO4 دقیقا چیست؟
نیویورک، نیویورک، ایالات متحده آمریکا، 26 مه 2022 /EINPresswire.com/ — آیا آنها جایگزین بهتری برای باتری های Li-Ion هستند؟این باتری ها چه تفاوتی با سایر باتری ها دارند؟
آشنایی با باتری های LiFePO4
باتری لیتیوم آهن فسفات (LFP) یک باتری لیتیوم یونی با سرعت شارژ و دشارژ سریعتر است.این یک باتری قابل شارژ با LiFePO4 به عنوان کاتد و یک الکترود کربن گرافیتی با پشتی فلزی به عنوان آند است.
باتری های LiFePO4 چگالی انرژی کمتری نسبت به باتری های لیتیوم یونی دارند و ولتاژ کاری کمتری دارند.آنها سرعت تخلیه پایینی با منحنی های صاف دارند و از Li-ion ایمن تر هستند.این باتری ها به عنوان باتری های لیتیوم فرو فسفات نیز شناخته می شوند.
اختراع باتری های LiFePO4
باتری های LiFePO4توسط John B. Goodenough و Arumugam Manthiram اختراع شدند.آنها جزو اولین کسانی بودند که مواد مورد استفاده در باتری های لیتیوم یون را شناسایی کردند.مواد آند به دلیل تمایل به اتصال کوتاه اولیه برای باتری های لیتیوم یون ایده آل نیستند.
دانشمندان دریافتند که مواد کاتدی در مقایسه با کاتدهای باتری لیتیوم یون بهتر هستند.این به ویژه در انواع باتری های LiFePO4 قابل توجه است.آنها ثبات و رسانایی را افزایش می دهند و جنبه های مختلف دیگری را بهبود می بخشند.
این روزها باتری های LiFePO4 در همه جا یافت می شوند و کاربردهای مختلفی از جمله استفاده در قایق ها، سیستم های خورشیدی و وسایل نقلیه دارند.باتری‌های LiFePO4 بدون کبالت و ارزان‌تر از سایر باتری‌های جایگزین هستند.غیر سمی است و ماندگاری طولانی تری دارد.
عملکرد سیستم های مدیریت باتری در باتری های LFP
باتری های LFP بیش از سلول های متصل ساخته شده اند.آنها سیستمی دارند که تضمین می کند باتری در محدوده ایمن باقی می ماند.یک سیستم مدیریت باتری (BMS) باتری را تحت شرایط عملیاتی محافظت، کنترل و نظارت می کند تا از ایمنی و افزایش عمر باتری اطمینان حاصل کند.
عملکرد سیستم های مدیریت باتری در باتری های LFP
علیرغم این واقعیت که سلول های فسفات آهن لیتیوم تحمل بیشتری دارند، با این وجود در هنگام شارژ مستعد افزایش ولتاژ هستند که عملکرد را کاهش می دهد.ماده مورد استفاده برای کاتد ممکن است به طور بالقوه خراب شود و پایداری خود را از دست بدهد.BMS خروجی هر سلول را تنظیم می کند و تضمین می کند که حداکثر ولتاژ باتری حفظ می شود.
با تخریب مواد الکترود، کمبود ولتاژ به یک نگرانی جدی تبدیل می شود.اگر ولتاژ هر سلولی به زیر یک آستانه خاص کاهش یابد، BMS باتری را از مدار جدا می کند.همچنین در شرایط جریان بیش از حد به عنوان پشتیبان عمل می کند و در هنگام اتصال کوتاه، عملکرد خود را خاموش می کند.
باتری های LiFePO4 در مقابل باتری های لیتیوم یونی
باتری های LiFePO4 برای دستگاه های پوشیدنی مانند ساعت ها مناسب نیستند.آنها چگالی انرژی کمتری نسبت به سایر باتری های لیتیومی دارند.با این حال، آنها برای سیستم های انرژی خورشیدی، RV، چرخ دستی های گلف، قایق های باس و موتورسیکلت های الکتریکی بهترین هستند.
یکی از مزایای اصلی این باتری ها عمر چرخه آنها است.
این باتری ها می توانند بیش از 4 برابر بیشتر از سایرین دوام بیاورند.آنها ایمن تر هستند و می توانند به عمق 100٪ تخلیه برسند، به این معنی که می توان آنها را برای مدت طولانی تری استفاده کرد.
در زیر دلایل دیگری وجود دارد که چرا این باتری ها جایگزین بهتری برای باتری های Li-ion هستند.
کم هزینه
باتری های LFP از آهن و فسفر ساخته می شوند، در مقیاس عظیم استخراج می شوند و ارزان هستند.هزینه باتری های LFP حدود 70 درصد کمتر از باتری های NMC غنی از نیکل در هر کیلوگرم است.ترکیب شیمیایی آن یک مزیت هزینه ایجاد می کند.کمترین قیمت سلولی گزارش شده برای باتری های LFP برای اولین بار در سال 2020 به زیر 100 دلار در هر کیلووات ساعت رسید.
اثرات کوچک زیست محیطی
باتری های LFP حاوی نیکل یا کبالت نیستند که گران هستند و اثرات زیست محیطی زیادی دارند.این باتری ها قابل شارژ هستند که دوستی محیط زیست آنها را نشان می دهد.
بهره وری و عملکرد بهبود یافته است
باتری های LFP به دلیل چرخه عمر طولانی خود شناخته می شوند، که آنها را به گزینه ای محبوب برای برنامه هایی تبدیل می کند که به توان خروجی قابل اعتماد و ثابت در طول زمان نیاز دارند.این باتری‌ها نسبت به سایر باتری‌های لیتیوم یونی سرعت کاهش ظرفیت کمتری را تجربه می‌کنند که به حفظ عملکرد آنها در طولانی مدت کمک می‌کند.علاوه بر این، آنها ولتاژ عملیاتی کمتری دارند و در نتیجه مقاومت داخلی کمتر و سرعت شارژ/دشارژ سریعتر دارند.
افزایش ایمنی و پایداری
باتری های LFP از نظر حرارتی و شیمیایی پایدار هستند، بنابراین احتمال انفجار یا آتش گرفتن آنها کمتر است.LFP یک ششم گرمای NMC غنی از نیکل را تولید می کند.از آنجایی که پیوند Co-O در باتری های LFP قوی تر است، اتم های اکسیژن در صورت اتصال کوتاه یا گرم شدن بیش از حد کندتر آزاد می شوند.علاوه بر این، هیچ لیتیومی در سلول‌های کاملاً باردار باقی نمی‌ماند، و در مقایسه با واکنش‌های گرمازایی که در سلول‌های لیتیومی دیگر دیده می‌شود، در برابر از دست دادن اکسیژن بسیار مقاوم هستند.
کوچک و سبک
باتری های LFP تقریبا 50 درصد سبک تر از باتری های لیتیوم اکسید منگنز هستند.آنها تا 70 درصد سبک تر از باتری های سرب اسیدی هستند.هنگامی که از باتری LiFePO4 در خودرو استفاده می کنید، بنزین کمتری مصرف می کنید و قدرت مانور بیشتری دارید.آنها همچنین کوچک و جمع و جور هستند و به شما این امکان را می دهند که در فضای اسکوتر، قایق، RV یا برنامه های صنعتی خود صرفه جویی کنید.
باتری های LiFePO4 در مقابل باتری های غیر لیتیومی
باتری‌های غیر لیتیومی مزایای زیادی دارند، اما با توجه به پتانسیل باتری‌های جدید LiFePo4، احتمالاً در میان مدت جایگزین می‌شوند، زیرا فناوری قدیمی‌تر گران و کارآمدتر است.
باتری های سرب اسید
باتری های سرب اسید ممکن است در ابتدا مقرون به صرفه به نظر برسند، اما در دراز مدت گران تر می شوند.این به دلیل این واقعیت است که آنها نیاز به نگهداری و تعویض مکرر دارند.باتری LiFePO4 2-4 برابر بیشتر بدون نیاز به تعمیر و نگهداری دوام می آورد.
باتری های ژل
باتری های ژل مانند باتری های LiFePO4 نیازی به شارژ مجدد مکرر ندارند و در حین نگهداری شارژ خود را از دست نمی دهند.اما باتری های ژل با سرعت کمتری شارژ می شوند.برای جلوگیری از تخریب باید به محض شارژ کامل آنها را جدا کرد.
باتری های AGM
در حالی که باتری های AGM در معرض خطر بالایی برای آسیب دیدن کمتر از ظرفیت 50 درصد هستند، باتری های LiFePO4 را می توان به طور کامل بدون هیچ گونه خطر آسیب تخلیه کرد.همچنین، حفظ آنها دشوار است.
برنامه های کاربردی برای باتری های LiFePO4
باتری های LiFePO4 کاربردهای بسیار ارزشمندی از جمله
قایق های ماهیگیری و کایاک: می توانید با زمان شارژ کمتر و زمان طولانی تر، زمان بیشتری را در آب بگذرانید.وزن کمتر در مسابقات ماهیگیری پرمخاطره، حمل آسان تر و افزایش سرعت را فراهم می کند.
اسکوترها و موتورسیکلت های متحرک: وزن مرده ای برای کاهش سرعت شما وجود ندارد.باتری خود را برای سفرهای خود به خود بدون آسیب رساندن به آن تا کمتر از ظرفیت کامل شارژ کنید.
پیکربندی های خورشیدی: باتری های سبک وزن LiFePO4 را هر جا که زندگی شما را می برد (حتی از کوه یا خارج از شبکه) حمل کنید تا از نیروی خورشید استفاده کنید.
استفاده تجاری: اینها ایمن‌ترین و محکم‌ترین باتری‌های لیتیومی هستند که آنها را برای کاربردهای صنعتی مانند ماشین‌های کف، درب‌های بالابر و غیره ایده‌آل می‌کند.
علاوه بر این، باتری‌های لیتیوم آهن فسفات بسیاری از وسایل دیگر مانند چراغ قوه، سیگارهای الکترونیکی، تجهیزات رادیویی، روشنایی اضطراری و موارد دیگر را تامین می‌کنند.
امکانات برای پیاده سازی LFP در مقیاس وسیع
در حالی که باتری های LFP ارزان تر و پایدارتر از باتری های جایگزین هستند، چگالی انرژی مانع مهمی برای پذیرش گسترده بوده است.باتری های LFP چگالی انرژی بسیار کمتری دارند که بین 15 تا 25 درصد متغیر است.با این حال، این با استفاده از الکترودهای ضخیم تر مانند الکترودهای مورد استفاده در مدل 3 ساخت شانگهای که دارای چگالی انرژی 359 وات ساعت در لیتر است، در حال تغییر است.
با توجه به چرخه عمر طولانی باتری های LFP، ظرفیت بیشتری نسبت به باتری های لیتیوم یون با وزن مشابه دارند.این بدان معنی است که چگالی انرژی این باتری ها به مرور زمان شبیه تر می شود.
مانع دیگر برای پذیرش انبوه این است که چین به دلیل انبوه پتنت های LFP بر بازار تسلط یافته است.از آنجایی که این پتنت ها منقضی می شوند، گمانه زنی هایی وجود دارد که تولید LFP، مانند تولید خودرو، بومی سازی خواهد شد.
خودروسازان بزرگی مانند فورد، فولکس واگن و تسلا به طور فزاینده ای از این فناوری با جایگزینی فرمولاسیون نیکل یا کبالت استفاده می کنند.اعلامیه اخیر تسلا در به روز رسانی سه ماهه آن تنها آغاز کار است.تسلا همچنین به‌روزرسانی مختصری در مورد بسته باتری 4680 خود ارائه کرده است که چگالی انرژی و برد بیشتری دارد.همچنین این امکان وجود دارد که تسلا از ساختار "سلول به بسته" برای متراکم کردن سلول های بیشتر و تطبیق تراکم انرژی کمتر استفاده کند.
علیرغم سن، LFP و کاهش هزینه باتری ممکن است در تسریع پذیرش انبوه EV حیاتی باشد.انتظار می رود تا سال 2023 قیمت لیتیوم یون نزدیک به 100 دلار در هر کیلووات ساعت باشد.LFPها ممکن است خودروسازان را قادر سازند تا بر عواملی مانند راحتی یا زمان شارژ مجدد به جای صرفاً قیمت، تأکید کنند.
زمان ارسال: اوت-10-2022