テスラの 2021 年第 3 四半期レポートでは、車両の新しい標準として LiFePO4 バッテリーへの移行が発表されました。しかし、LiFePO4 バッテリーとは一体何なのでしょうか?
米国ニューヨーク州ニューヨーク、2022 年 5 月 26 日 /EINPresswire.com/ — リチウムイオン電池のより良い代替品なのでしょうか?これらのバッテリーは他のバッテリーとどう違うのでしょうか?
LiFePO4 電池の紹介
リン酸鉄リチウム (LFP) バッテリーは、充放電速度が速いリチウムイオン バッテリーです。これは、正極として LiFePO4 を、負極として金属の裏地が付いたグラファイトカーボン電極を備えた充電式電池です。
LiFePO4 バッテリーは、リチウムイオンバッテリーよりもエネルギー密度が低く、動作電圧も低くなります。放電率が低く、曲線が平坦で、リチウムイオンよりも安全です。これらの電池は、リン酸鉄リチウム電池としても知られています。
LiFePO4 電池の発明
LiFePO4 電池ジョン B. グッドイナフとアルムガム マンティラムによって発明されました。彼らは、リチウムイオン電池に使用される材料を最初に特定したうちの1つです。アノード材料は、早期に短絡する傾向があるため、リチウムイオン電池には理想的ではありません。
科学者たちは、正極材料がリチウムイオン電池の正極に比べて優れていることを発見しました。これは、LiFePO4 バッテリーのバリエーションで特に顕著です。これらは安定性と導電性を強化し、他のさまざまな側面を改善します。
現在、LiFePO4 バッテリーはどこにでもあり、ボート、ソーラー システム、車両での使用など、さまざまな用途に使用されています。LiFePO4 バッテリーはコバルトを含まず、ほとんどの代替バッテリーよりも安価です。毒性がなく、保存期間が長くなります。
LFP バッテリーのバッテリー管理システムの機能
LFP バッテリーは、接続されたセルだけで構成されているわけではありません。バッテリーが安全な範囲内に留まるようにするシステムが備わっています。バッテリー管理システム (BMS) は、動作条件下でバッテリーを保護、制御、監視して、安全性を確保し、バッテリー寿命を延ばします。
リン酸鉄リチウム電池は耐性が高いにもかかわらず、充電中に過電圧が発生する傾向があり、これにより性能が低下します。陰極に使用されている材料が劣化し、安定性が失われる可能性があります。BMS は各セルの出力を調整し、バッテリーの最大電圧が維持されるようにします。
電極材料が劣化すると、不足電圧が深刻な問題になります。いずれかのセルの電圧が特定のしきい値を下回ると、BMS はバッテリーを回路から切り離します。また、過電流状態でのバックストップとしても機能し、短絡時には動作を停止します。
LiFePO4 電池とリチウムイオン電池の比較
LiFePO4 バッテリーは時計などのウェアラブル デバイスには適していません。他のリチウム電池よりもエネルギー密度が低くなります。ただし、太陽エネルギー システム、RV、ゴルフ カート、バスボート、電動バイクには最適です。
これらのバッテリーの主な利点の 1 つは、そのサイクル寿命です。
これらのバッテリーは他のバッテリーよりも 4 倍以上長く持続します。より安全で、最大 100% の放電深度に達することができるため、より長期間使用できます。
これらのバッテリーがリチウムイオンバッテリーのより良い代替品であるその他の理由を以下に示します。
低コスト
LFP バッテリーは鉄とリンから作られ、大規模に採掘され、安価です。LFP バッテリーのコストは、ニッケルを多く含む NMC バッテリーよりも kg あたり 70% も低いと推定されています。その化学組成により、コスト面での利点が得られます。LFP バッテリーの報告された最低セル価格は、2020 年に初めて 100 ドル/kWh を下回りました。
環境への影響が小さい
LFPバッテリーには、高価で環境への影響が大きいニッケルやコバルトが含まれていません。これらのバッテリーは充電式であり、環境に優しいことがわかります。
効率とパフォーマンスの向上
LFP バッテリーはライフサイクルが長いことで知られており、長期間にわたって信頼性が高く一貫した電力出力が必要なアプリケーションによく選ばれています。これらのバッテリーは他のリチウムイオンバッテリーよりも容量損失率が低いため、長期にわたって性能を維持できます。さらに、動作電圧が低いため、内部抵抗が小さくなり、充放電速度が速くなります。
安全性と安定性の向上
LFP バッテリーは熱的および化学的に安定しているため、爆発や発火の可能性が低くなります。LFP は、ニッケルを多く含む NMC の 6 分の 1 の熱を発生します。LFP バッテリーでは Co-O 結合がより強いため、短絡または過熱が発生した場合、酸素原子の放出が遅くなります。さらに、完全に充電されたセルにはリチウムが残らないため、他のリチウムセルで見られる発熱反応と比較して酸素損失に対する耐性が高くなります。
小型軽量
LFP バッテリーは、リチウムマンガン酸化物バッテリーよりも 50% 近く軽いです。鉛蓄電池よりも最大 70% 軽量です。車両で LiFePO4 バッテリーを使用すると、ガソリンの使用量が減り、操作性が向上します。また、小型でコンパクトなので、スクーター、ボート、RV、または産業用アプリケーションのスペースを節約できます。
LiFePO4 電池と非リチウム電池の比較
非リチウム電池には多くの利点がありますが、古い技術は高価で効率が低いため、新しい LiFePo4 電池の可能性を考慮すると、中期的に置き換えられる可能性が高くなります。
鉛蓄電池
鉛蓄電池は最初は費用対効果が高いように見えますが、長期的には最終的にはより高価になります。これは、より頻繁なメンテナンスと交換が必要になるためです。LiFePO4 バッテリーはメンテナンス不要で 2 ～ 4 倍長持ちします。
ゲル電池
LiFePO4 バッテリーと同様、ゲルバッテリーは頻繁に充電する必要がなく、保管中に充電量が失われることもありません。ただし、ゲル電池の充電速度は遅くなります。破壊を避けるために、完全に充電されたらすぐに接続を外す必要があります。
AGMバッテリー
AGM バッテリーは容量が 50% 未満になると損傷する危険性が高くなりますが、LiFePO4 バッテリーは損傷の危険なく完全に放電できます。また、それらを維持することも困難です。
LiFePO4 電池の用途
LiFePO4 バッテリーには、次のような多くの貴重な用途があります。
釣りボートとカヤック: 充電時間を短縮し、稼働時間を長くすることで、水上でより多くの時間を過ごすことができます。軽量化により、ハンドリングが容易になり、一か八かの釣り大会でのスピードアップが可能になります。
モビリティ スクーターおよびモペット: 速度を低下させる重りはありません。バッテリーを損傷することなく、自然に旅行できるよう、フル容量未満まで充電してください。
ソーラー構成: 軽量の LiFePO4 バッテリーを持ち運べば、どこにでも (山の上や送電網から離れた場所でも) 太陽の力を利用できます。
商業用途: これらは最も安全で丈夫なリチウム電池であるため、フロアマシンやリフトゲートなどの産業用途に最適です。
さらに、リン酸鉄リチウム電池は、懐中電灯、電子タバコ、ラジオ機器、非常用照明などの他の多くの機器に電力を供給します。
ワイドスケール LFP 実装の可能性
LFP バッテリーは代替バッテリーよりも安価で安定していますが、エネルギー密度が普及の大きな障壁となっています。LFP バッテリーのエネルギー密度は非常に低く、15 ～ 25% の範囲です。しかし、エネルギー密度 359Wh/リットルの上海製モデル 3 に使用されているような、より厚い電極を使用すると、この状況は変わりつつあります。
LFP バッテリーはライフサイクルが長いため、同等の重量のリチウムイオン バッテリーよりも容量が大きくなります。これは、これらのバッテリーのエネルギー密度が時間の経過とともにより類似することを意味します。
大量採用を妨げるもう 1 つの障壁は、多数の LFP 特許のせいで中国が市場を独占していることです。これらの特許が期限切れになると、LFPの生産も自動車製造と同様に現地化されるのではないかとの憶測がある。
フォード、フォルクスワーゲン、テスラなどの大手自動車メーカーは、ニッケルやコバルト配合物を置き換えてこの技術を利用することが増えています。テスラによる四半期ごとの最新情報での最近の発表は、ほんの始まりにすぎません。テスラはまた、より高いエネルギー密度と航続距離を実現する 4680 バッテリー パックに関する簡単なアップデートも提供しました。テスラがより多くのセルを凝縮し、より低いエネルギー密度に対応するために「セル・トゥ・パック」構造を採用する可能性もある。
古いものにもかかわらず、LFP とバッテリーコストの削減は、EV の大量導入を加速する上で重要である可能性があります。2023 年までに、リチウムイオンの価格は 100 ドル/kWh 近くになると予想されます。LFP により、自動車メーカーは価格だけでなく利便性や充電時間などの要素を重視できるようになる可能性があります。
投稿日時: 2022 年 8 月 10 日