Tesla's Q3-rapport voor 2021 kondigde een transitie aan naar LiFePO4-batterijen als de nieuwe standaard in zijn voertuigen.Maar wat zijn LiFePO4-batterijen precies?
NEW YORK, NEW YORK, VS, 26 mei 2022 /EINPresswire.com/ — Zijn ze een beter alternatief voor Li-Ion-batterijen?Waarin verschillen deze batterijen van andere batterijen?
Inleiding tot LiFePO4-batterijen
Een lithium-ijzerfosfaatbatterij (LFP) is een lithium-ionbatterij met snellere laad- en ontlaadsnelheden.Het is een oplaadbare batterij met LiFePO4 als kathode en een grafietkoolstofelektrode met metalen achterkant als anode.
LiFePO4-batterijen hebben een lagere energiedichtheid dan lithium-ionbatterijen en een lagere bedrijfsspanning.Ze hebben een lage ontladingssnelheid met vlakke curven en zijn veiliger dan Li-ion.Deze batterijen worden ook wel lithiumferrofosfaatbatterijen genoemd.
De uitvinding van LiFePO4-batterijen
LiFePO4-batterijenwerden uitgevonden door John B. Goodenough en Arumugam Manthiram.Zij behoorden tot de eersten die de materialen identificeerden die in lithium-ionbatterijen werden gebruikt.Anodematerialen zijn niet ideaal voor lithium-ionbatterijen vanwege hun neiging tot vroegtijdige kortsluiting.
Wetenschappers hebben ontdekt dat kathodematerialen beter zijn in vergelijking met kathodes uit lithium-ionbatterijen.Dit is vooral merkbaar bij de LiFePO4-batterijvarianten.Ze verbeteren de stabiliteit en geleidbaarheid en verbeteren een aantal andere aspecten.
Tegenwoordig zijn LiFePO4-batterijen overal te vinden en hebben ze verschillende toepassingen, waaronder gebruik in boten, zonne-energiesystemen en voertuigen.LiFePO4-batterijen zijn kobaltvrij en goedkoper dan de meeste alternatieven.Het is niet giftig en heeft een langere houdbaarheid.
LFP-batterijspecificaties
Bron
De functie van batterijbeheersystemen in LFP-batterijen
LFP-batterijen bestaan uit meer dan alleen verbonden cellen;ze hebben een systeem dat ervoor zorgt dat de batterij binnen veilige grenzen blijft.Een batterijbeheersysteem (BMS) beveiligt, bestuurt en bewaakt de batterij onder bedrijfsomstandigheden om de veiligheid te garanderen en de levensduur van de batterij te verlengen.
De functie van batterijbeheersystemen in LFP-batterijen
Ondanks het feit dat lithium-ijzerfosfaatcellen toleranter zijn, zijn ze toch gevoelig voor overspanning tijdens het opladen, waardoor de prestaties afnemen.Het materiaal dat voor de kathode wordt gebruikt, kan mogelijk verslechteren en zijn stabiliteit verliezen.Het BMS regelt de output van elke cel en zorgt ervoor dat de maximale spanning van de batterij behouden blijft.
Naarmate de elektrodematerialen verslechteren, wordt onderspanning een ernstig probleem.Als de spanning van een cel onder een bepaalde drempel daalt, koppelt het BMS de accu los van het circuit.Het dient ook als achtervang bij overstroom en schakelt de werking uit tijdens kortsluiting.
LiFePO4-batterijen versus lithium-ionbatterijen
De LiFePO4-batterijen zijn niet geschikt voor draagbare apparaten zoals horloges.Ze hebben een lagere energiedichtheid dan alle andere lithiumbatterijen.Ze zijn echter het beste voor zonne-energiesystemen, campers, golfkarretjes, basboten en elektrische motorfietsen.
Een van de belangrijkste voordelen van deze batterijen is hun levensduur.
Deze batterijen gaan ruim 4x langer mee dan andere.Ze zijn veiliger en kunnen tot 100% ontladingsdiepte bereiken, wat betekent dat ze voor een langere periode kunnen worden gebruikt.
Hieronder staan nog meer redenen waarom deze accu’s een beter alternatief zijn voor Li-ion accu’s.
Goedkoop
LFP-batterijen zijn gemaakt van ijzer en fosfor, worden op enorme schaal gewonnen en zijn goedkoop.De kosten van LFP-batterijen worden geschat op maar liefst 70 procent lager per kg dan nikkelrijke NMC-batterijen.De chemische samenstelling ervan biedt een kostenvoordeel.De laagst gerapporteerde celprijzen voor LFP-batterijen daalden in 2020 voor het eerst onder de $ 100/kWh.
Kleine impact op het milieu
LFP-batterijen bevatten geen nikkel of kobalt, die duur zijn en een grote impact hebben op het milieu.Deze batterijen zijn oplaadbaar, wat hun milieuvriendelijkheid aantoont.
Verbeterde efficiëntie en prestaties
LFP-batterijen staan bekend om hun lange levensduur, waardoor ze een populaire keuze zijn voor toepassingen die in de loop van de tijd een betrouwbare en consistente vermogensafgifte vereisen.Deze batterijen ervaren een langzamer capaciteitsverlies dan andere lithium-ionbatterijen, waardoor hun prestaties op de lange termijn behouden blijven.Bovendien hebben ze een lagere bedrijfsspanning, wat resulteert in minder interne weerstand en snellere laad-/ontlaadsnelheden.
Verbeterde veiligheid en stabiliteit
LFP-batterijen zijn thermisch en chemisch stabiel, waardoor de kans kleiner is dat ze ontploffen of in brand vliegen.LFP produceert een zesde van de warmte van nikkelrijk NMC.Omdat de Co-O-binding sterker is in LFP-batterijen, komen zuurstofatomen langzamer vrij als ze kortgesloten of oververhit raken.Bovendien blijft er geen lithium achter in volledig geladen cellen, waardoor ze zeer goed bestand zijn tegen zuurstofverlies in vergelijking met de exotherme reacties die bij andere lithiumcellen voorkomen.
Klein en lichtgewicht
LFP-batterijen zijn bijna 50% lichter dan lithium-mangaanoxide-batterijen.Ze zijn tot 70% lichter dan loodzuuraccu’s.Wanneer u een LiFePO4-accu in een voertuig gebruikt, verbruikt u minder benzine en heeft u meer wendbaarheid.Ze zijn ook klein en compact, waardoor u ruimte kunt besparen op uw scooter, boot, camper of industriële toepassing.
LiFePO4-batterijen versus niet-lithiumbatterijen
Niet-lithiumbatterijen hebben een aantal voordelen, maar zullen waarschijnlijk op de middellange termijn worden vervangen, gezien het potentieel van de nieuwe LiFePo4-batterijen, aangezien oudere technologie duur en minder efficiënt is.
Loodzuur batterijen
Loodzuurbatterijen lijken in eerste instantie misschien kosteneffectief, maar worden op de lange termijn uiteindelijk duurder.Dit komt doordat ze vaker onderhoud en vervanging vereisen.Een LiFePO4-batterij gaat 2-4 keer langer mee zonder dat er onderhoud nodig is.
Gel-batterijen
Gelbatterijen hoeven, net als LiFePO4-batterijen, niet vaak te worden opgeladen en verliezen geen lading tijdens opslag.Maar gelbatterijen laden langzamer op.Ze moeten worden losgekoppeld zodra ze volledig zijn opgeladen om vernietiging te voorkomen.
AGM-batterijen
Hoewel AGM-accu's een groot risico lopen beschadigd te raken onder de capaciteit van 50%, kunnen LiFePO4-accu's volledig worden ontladen zonder enig risico op schade.Bovendien is het moeilijk om ze vol te houden.
Toepassingen voor LiFePO4-batterijen
LiFePO4-batterijen hebben veel waardevolle toepassingen, waaronder
Vissersboten en kajaks: u kunt meer tijd op het water doorbrengen met minder oplaadtijd en een langere looptijd.Minder gewicht zorgt voor gemakkelijker hanteren en een verkeersdrempel tijdens viswedstrijden met hoge inzet.
Scootmobielen en bromfietsen: er is geen dood gewicht dat u afremt.Laad uw batterij op tot minder dan de volledige capaciteit voor spontane ritten zonder deze te beschadigen.
Configuraties voor zonne-energie: neem lichtgewicht LiFePO4-batterijen mee waar het leven u ook heen brengt (zelfs op een berg of buiten het elektriciteitsnet) om de kracht van de zon te benutten.
Commercieel gebruik: Dit zijn de veiligste en sterkste lithiumbatterijen, waardoor ze ideaal zijn voor industriële toepassingen zoals vloermachines, laadkleppen en meer.
Bovendien voeden lithium-ijzerfosfaatbatterijen vele andere apparaten, zoals zaklampen, elektronische sigaretten, radioapparatuur, noodverlichting en andere items.
Mogelijkheden voor grootschalige LFP-implementatie
Hoewel LFP-batterijen goedkoper en stabieler zijn dan alternatieven, is de energiedichtheid een belangrijke barrière geweest voor wijdverbreide acceptatie.LFP-batterijen hebben een veel lagere energiedichtheid, variërend tussen 15 en 25%.Dit is echter aan het veranderen door dikkere elektroden te gebruiken, zoals die worden gebruikt in het in Shanghai gemaakte Model 3, dat een energiedichtheid heeft van 359 Wh/liter.
Door de lange levensduur van LFP-accu's hebben ze meer capaciteit dan Li-ion-accu's van vergelijkbaar gewicht.Dit betekent dat de energiedichtheid van deze batterijen in de loop van de tijd meer vergelijkbaar zal worden.
Een andere barrière voor massale adoptie is dat China de markt heeft gedomineerd vanwege de grote hoeveelheid LFP-patenten.Nu deze patenten aflopen, wordt er gespeculeerd dat de LFP-productie, net als de autoproductie, gelokaliseerd zal worden.
Grote autofabrikanten zoals Ford, Volkswagen en Tesla maken steeds meer gebruik van de technologie door nikkel- of kobaltformuleringen te vervangen.De recente aankondiging van Tesla in zijn kwartaalupdate is nog maar het begin.Tesla gaf ook een korte update over zijn 4680-batterijpakket, dat een hogere energiedichtheid en bereik zal hebben.Het is ook mogelijk dat Tesla een ‘cell-to-pack’-constructie zal gebruiken om meer cellen te condenseren en een lagere energiedichtheid mogelijk te maken.
Ondanks zijn leeftijd kunnen LFP en de verlaging van de batterijkosten van cruciaal belang zijn bij het versnellen van de massale EV-adoptie.In 2023 wordt verwacht dat de prijs van lithium-ion bijna $100/kWh zal bedragen.LFP's kunnen autofabrikanten in staat stellen factoren als gemak of oplaadtijd te benadrukken in plaats van alleen de prijs.
Posttijd: 10 augustus 2022