Il rapporto del terzo trimestre del 2021 di Tesla ha annunciato il passaggio alle batterie LiFePO4 come nuovo standard nei suoi veicoli.Ma cosa sono esattamente le batterie LiFePO4?
NEW YORK, NEW YORK, USA, 26 maggio 2022 /EINPresswire.com/ — Sono un'alternativa migliore alle batterie agli ioni di litio?In cosa differiscono queste batterie dalle altre batterie?
Introduzione alle batterie LiFePO4
Una batteria al litio ferro fosfato (LFP) è una batteria agli ioni di litio con velocità di carica e scarica più rapide.È una batteria ricaricabile con LiFePO4 come catodo e un elettrodo di carbonio grafitico con supporto metallico come anodo.
Le batterie LiFePO4 hanno una densità energetica inferiore rispetto alle batterie agli ioni di litio e tensioni operative inferiori.Hanno una velocità di scarica bassa con curve piatte e sono più sicuri degli ioni di litio.Queste batterie sono note anche come batterie al litio ferrofosfato.
L'invenzione delle batterie LiFePO4
Batterie LiFePO4furono inventati da John B. Goodenough e Arumugam Manthiram.Sono stati tra i primi a identificare i materiali utilizzati nelle batterie agli ioni di litio.I materiali anodici non sono ideali per le batterie agli ioni di litio a causa della loro tendenza al cortocircuito precoce.
Gli scienziati hanno scoperto che i materiali catodici sono migliori rispetto ai catodi delle batterie agli ioni di litio.Ciò è particolarmente evidente nelle varianti della batteria LiFePO4.Migliorano la stabilità e la conduttività e migliorano una varietà di altri aspetti.
Al giorno d'oggi, le batterie LiFePO4 si trovano ovunque e hanno varie applicazioni, compreso l'uso su barche, sistemi solari e veicoli.Le batterie LiFePO4 sono prive di cobalto e meno costose della maggior parte delle alternative.Non è tossico e ha una durata di conservazione più lunga.
Specifiche della batteria LFP
Fonte
La funzione dei sistemi di gestione della batteria nelle batterie LFP
Le batterie LFP sono costituite da qualcosa di più che semplici celle collegate;hanno un sistema che garantisce che la batteria rimanga entro limiti di sicurezza.Un sistema di gestione della batteria (BMS) salvaguarda, controlla e monitora la batteria in condizioni operative per garantire la sicurezza e prolungare la durata della batteria.
La funzione dei sistemi di gestione della batteria nelle batterie LFP
Nonostante le celle al litio ferro fosfato siano più tolleranti, sono comunque soggette a sovratensione durante la ricarica, il che riduce le prestazioni.Il materiale utilizzato per il catodo potrebbe potenzialmente deteriorarsi e perdere la sua stabilità.Il BMS regola l'uscita di ciascuna cella e garantisce il mantenimento della tensione massima della batteria.
Man mano che i materiali degli elettrodi si degradano, la sottotensione diventa un grave problema.Se la tensione di una cella scende al di sotto di una determinata soglia, il BMS disconnette la batteria dal circuito.Serve anche come dispositivo antiritorno in condizioni di sovracorrente e interrompe il funzionamento in caso di cortocircuito.
Batterie LiFePO4 rispetto alle batterie agli ioni di litio
Le batterie LiFePO4 non sono adatte per dispositivi indossabili come gli orologi.Hanno una densità di energia inferiore rispetto a qualsiasi altra batteria al litio.Tuttavia, sono i migliori per sistemi di energia solare, camper, golf cart, bass boat e motociclette elettriche.
Uno dei principali vantaggi di queste batterie è la loro durata.
Queste batterie possono durare 4 volte più a lungo rispetto ad altre.Sono più sicuri e possono raggiungere fino al 100% di profondità di scarica, il che significa che possono essere utilizzati per un periodo più lungo.
Di seguito sono riportati altri motivi per cui queste batterie rappresentano un'alternativa migliore alle batterie agli ioni di litio.
Basso costo
Le batterie LFP sono realizzate con ferro e fosforo, estratti su vasta scala, e sono poco costose.Si stima che il costo delle batterie LFP sia inferiore fino al 70% per kg rispetto alle batterie NMC ricche di nichel.La sua composizione chimica offre un vantaggio in termini di costi.I prezzi più bassi delle celle per le batterie LFP sono scesi sotto i 100 dollari/kWh per la prima volta nel 2020.
Piccolo impatto ambientale
Le batterie LFP non contengono nichel o cobalto, che sono costosi e hanno un grande impatto ambientale.Queste batterie sono ricaricabili, il che dimostra la loro ecocompatibilità.
Efficienza e prestazioni migliorate
Le batterie LFP sono note per il loro lungo ciclo di vita, il che le rende una scelta popolare per le applicazioni che richiedono una potenza in uscita affidabile e costante nel tempo.Queste batterie presentano tassi di perdita di capacità più lenti rispetto ad altre batterie agli ioni di litio, il che aiuta a preservarne le prestazioni a lungo termine.Inoltre, hanno una tensione operativa inferiore, con conseguente minore resistenza interna e velocità di carica/scarica più elevate.
Maggiore sicurezza e stabilità
Le batterie LFP sono termicamente e chimicamente stabili, quindi hanno meno probabilità di esplodere o prendere fuoco.LFP produce un sesto del calore dell’NMC ricco di nichel.Poiché il legame Co-O è più forte nelle batterie LFP, gli atomi di ossigeno vengono rilasciati più lentamente se cortocircuitati o surriscaldati.Inoltre, nelle celle completamente cariche non rimane litio, il che le rende altamente resistenti alla perdita di ossigeno rispetto alle reazioni esotermiche osservate in altre celle al litio.
Piccolo e leggero
Le batterie LFP sono quasi il 50% più leggere delle batterie al litio ossido di manganese.Sono fino al 70% più leggere delle batterie al piombo-acido.Quando si utilizza una batteria LiFePO4 in un veicolo, si utilizza meno gas e si ha più manovrabilità.Sono anche piccoli e compatti, consentendoti di risparmiare spazio sul tuo scooter, barca, camper o applicazione industriale.
Batterie LiFePO4 e batterie non al litio
Le batterie non al litio presentano numerosi vantaggi, ma è probabile che vengano sostituite a medio termine dato il potenziale delle nuove batterie LiFePo4 poiché la tecnologia precedente è costosa e meno efficiente.
Batterie al piombo
Le batterie al piombo possono sembrare inizialmente convenienti, ma a lungo termine finiscono per essere più costose.Ciò è dovuto al fatto che richiedono manutenzioni e sostituzioni più frequenti.Una batteria LiFePO4 durerà 2-4 volte di più senza necessità di manutenzione.
Batterie al gel
Le batterie al gel, come le batterie LiFePO4, non richiedono ricariche frequenti e non perdono carica durante la conservazione.Ma le batterie al gel si caricano più lentamente.È necessario scollegarli non appena sono completamente carichi per evitare la distruzione.
Batterie AGM
Mentre le batterie AGM corrono un alto rischio di danneggiarsi al di sotto del 50% della capacità, le batterie LiFePO4 possono essere scaricate completamente senza alcun rischio di danni.Inoltre è difficile mantenerli al passo.
Applicazioni per batterie LiFePO4
Le batterie LiFePO4 hanno molte applicazioni preziose, tra cui
Barche da pesca e kayak: puoi trascorrere più tempo in acqua con meno tempi di ricarica e una maggiore autonomia.Il peso inferiore garantisce una manovrabilità più semplice e un rallentamento durante le competizioni di pesca ad alto rischio.
Scooter e ciclomotori per disabili: non c'è nessun peso morto che ti rallenti.Carica la batteria a una capacità inferiore alla piena per viaggi spontanei senza danneggiarla.
Configurazioni solari: trasporta batterie leggere LiFePO4 ovunque ti porti la vita (anche in montagna o fuori dalla rete elettrica) per sfruttare l'energia del sole.
Uso commerciale: queste sono le batterie al litio più sicure e resistenti che le rendono ideali per applicazioni industriali come macchine da pavimento, portelli di sollevamento e altro ancora.
Inoltre, le batterie al litio ferro fosfato alimentano molti altri dispositivi come torce elettriche, sigarette elettroniche, apparecchiature radio, illuminazione di emergenza e altri oggetti.
Possibilità di implementazione LFP su larga scala
Sebbene le batterie LFP siano meno costose e più stabili delle alternative, la densità energetica ha rappresentato un ostacolo significativo all’adozione diffusa.Le batterie LFP hanno una densità energetica molto più bassa, compresa tra il 15 e il 25%.Tuttavia, la situazione sta cambiando utilizzando elettrodi più spessi come quelli utilizzati nel Model 3 prodotto a Shanghai, che ha una densità di energia di 359 Wh/litro.
Grazie al lungo ciclo di vita delle batterie LFP, hanno una capacità maggiore rispetto alle batterie agli ioni di litio di peso comparabile.Ciò significa che la densità energetica di queste batterie diventerà più simile nel tempo.
Un altro ostacolo all’adozione di massa è che la Cina ha dominato il mercato a causa della serie di brevetti LFP.Con la scadenza di questi brevetti, si ipotizza che la produzione LFP, come quella automobilistica, sarà localizzata.
Le principali case automobilistiche come Ford, Volkswagen e Tesla utilizzano sempre più la tecnologia sostituendo le formulazioni di nichel o cobalto.Il recente annuncio di Tesla nel suo aggiornamento trimestrale è solo l'inizio.Tesla ha anche fornito un breve aggiornamento sul suo pacco batteria 4680, che avrà densità di energia e autonomia più elevate.È anche possibile che Tesla utilizzi la costruzione “cell-to-pack” per condensare più celle e accogliere una minore densità di energia.
Nonostante la sua età, il LFP e la riduzione dei costi delle batterie potrebbero essere fondamentali per accelerare l’adozione di massa dei veicoli elettrici.Entro il 2023, i prezzi degli ioni di litio dovrebbero avvicinarsi ai 100 dollari/kWh.Gli LFP potrebbero consentire alle case automobilistiche di enfatizzare fattori come la comodità o il tempo di ricarica piuttosto che solo il prezzo.
Orario di pubblicazione: 10 agosto 2022