В отчете Tesla за третий квартал 2021 года было объявлено о переходе на батареи LiFePO4 в качестве нового стандарта в своих автомобилях.Но что такое батареи LiFePO4?
НЬЮ-ЙОРК, НЬЮ-ЙОРК, США, 26 мая 2022 г. /EINPresswire.com/ — Являются ли они лучшей альтернативой литий-ионным батареям?Чем эти аккумуляторы отличаются от других аккумуляторов?
Введение в батареи LiFePO4
Литий-железо-фосфатная батарея (LFP) — это литий-ионная батарея с более высокой скоростью зарядки и разрядки.Это перезаряжаемая батарея с LiFePO4 в качестве катода и угольным графитовым электродом с металлической подложкой в качестве анода.
Батареи LiFePO4 имеют меньшую плотность энергии, чем литий-ионные батареи, и более низкое рабочее напряжение.Они имеют низкую скорость разряда с пологими кривыми и более безопасны, чем литий-ионные.Эти батареи также известны как литий-феррофосфатные батареи.
Изобретение аккумуляторов LiFePO4
LiFePO4 батареибыли изобретены Джоном Б. Гуденафом и Арумугамом Мантирамом.Они были одними из первых, кто определил материалы, используемые в литий-ионных батареях.Анодные материалы не идеальны для литий-ионных аккумуляторов из-за их склонности к раннему короткому замыканию.
Ученые обнаружили, что катодные материалы лучше по сравнению с катодами литий-ионных аккумуляторов.Это особенно заметно в вариантах аккумуляторов LiFePO4.Они повышают стабильность и проводимость, а также улучшают множество других аспектов.
В наши дни батареи LiFePO4 встречаются повсюду и имеют различные применения, в том числе в лодках, солнечных системах и транспортных средствах.Батареи LiFePO4 не содержат кобальта и дешевле, чем большинство альтернатив.Он не токсичен и имеет более длительный срок хранения.
Характеристики батареи LFP
Источник
Функция систем управления батареями в батареях LFP
Батареи LFP состоят не только из соединенных элементов;у них есть система, которая гарантирует, что аккумулятор останется в безопасных пределах.Система управления аккумулятором (BMS) защищает, контролирует и контролирует аккумулятор в рабочих условиях, чтобы обеспечить безопасность и продлить срок службы аккумулятора.
Функции систем управления батареями в батареях LFP
Несмотря на то, что литий-железо-фосфатные элементы более толерантны, они, тем не менее, склонны к перенапряжению во время зарядки, что снижает производительность.Материал, используемый для катода, потенциально может ухудшиться и потерять свою стабильность.BMS регулирует выходную мощность каждого элемента и обеспечивает поддержание максимального напряжения батареи.
Поскольку материалы электродов ухудшаются, пониженное напряжение становится серьезной проблемой.Если напряжение какой-либо ячейки падает ниже определенного порога, BMS отключает батарею от цепи.Он также служит ограничителем обратного хода в случае перегрузки по току и отключит свою работу при коротком замыкании.
Батареи LiFePO4 против литий-ионных батарей
Батареи LiFePO4 не подходят для портативных устройств, таких как часы.Они имеют более низкую плотность энергии, чем любые другие литиевые батареи.Тем не менее, они лучше всего подходят для систем солнечной энергии, автодомов, гольф-каров, лодок и электрических мотоциклов.
Одним из главных преимуществ этих аккумуляторов является срок службы.
Эти батареи могут работать в 4 раза дольше, чем другие.Они более безопасны и могут достигать глубины разряда до 100%, что означает, что их можно использовать в течение более длительного периода.
Ниже приведены другие причины, по которым эти батареи являются лучшей альтернативой литий-ионным батареям.
Бюджетный
Батареи LFP изготавливаются из железа и фосфора, добываемых в огромных масштабах, и стоят недорого.Стоимость батарей LFP, по оценкам, на 70 процентов ниже за кг, чем батарей NMC с высоким содержанием никеля.Его химический состав обеспечивает экономическое преимущество.Самые низкие зарегистрированные цены на аккумуляторы LFP впервые в 2020 году упали ниже $100/кВтч.
Небольшое воздействие на окружающую среду
Батареи LFP не содержат никель или кобальт, которые дороги и оказывают большое воздействие на окружающую среду.Эти аккумуляторы являются перезаряжаемыми, что свидетельствует об их экологичности.
Улучшенная эффективность и производительность
Аккумуляторы LFP известны своим длительным сроком службы, что делает их популярным выбором для приложений, требующих надежной и стабильной выходной мощности с течением времени.Эти батареи теряют емкость медленнее, чем другие литий-ионные батареи, что помогает сохранить их производительность в течение длительного времени.Кроме того, они имеют более низкое рабочее напряжение, что приводит к меньшему внутреннему сопротивлению и более высокой скорости заряда/разряда.
Повышенная безопасность и стабильность
Батареи LFP термически и химически стабильны, поэтому у них меньше шансов взорваться или загореться.LFP производит одну шестую тепла, чем богатый никелем NMC.Поскольку связь Co-O в батареях LFP прочнее, атомы кислорода высвобождаются медленнее при коротком замыкании или перегреве.Кроме того, в полностью заряженных элементах не остается лития, что делает их более устойчивыми к потере кислорода по сравнению с экзотермическими реакциями, наблюдаемыми в других литиевых элементах.
Маленький и легкий
Батареи LFP почти на 50% легче, чем литий-оксидные батареи марганца.Они до 70% легче свинцово-кислотных аккумуляторов.Когда вы используете аккумулятор LiFePO4 в автомобиле, вы расходуете меньше бензина и получаете больше маневренности.Они также маленькие и компактные, что позволяет вам сэкономить место на скутере, лодке, автофургоне или промышленном оборудовании.
Батареи LiFePO4 и нелитиевые батареи
Нелитиевые батареи имеют ряд преимуществ, но, вероятно, будут заменены в среднесрочной перспективе, учитывая потенциал новых батарей LiFePo4, поскольку старые технологии дороги и менее эффективны.
Свинцово-кислотные аккумуляторы
На первый взгляд свинцово-кислотные аккумуляторы могут показаться экономически эффективными, но в долгосрочной перспективе они оказываются более дорогими.Это связано с тем, что они требуют более частого обслуживания и замены.Аккумулятор LiFePO4 прослужит в 2–4 раза дольше и не требует обслуживания.
Гелевые батарейки
Гелевые аккумуляторы, как и аккумуляторы LiFePO4, не требуют частой подзарядки и не теряют заряд при хранении.Но гелевые аккумуляторы заряжаются медленнее.Их необходимо отключать сразу после полной зарядки, чтобы избежать разрушения.
AGM-аккумуляторы
В то время как батареи AGM подвергаются высокому риску повреждения при емкости ниже 50%, батареи LiFePO4 можно полностью разряжать без какого-либо риска повреждения.Кроме того, их трудно поддерживать.
Применение аккумуляторов LiFePO4
Батареи LiFePO4 имеют множество ценных применений, в том числе
Рыболовные лодки и каяки: вы можете проводить больше времени на воде, тратя меньше времени на зарядку и увеличивая время работы.Меньший вес обеспечивает более легкое управление и облегчает работу во время соревнований по рыбалке с высокими ставками.
Мобильные скутеры и мопеды: нет никакого груза, который мог бы вас замедлить.Заряжайте аккумулятор до уровня ниже полной емкости для спонтанных поездок, не повредив его.
Конфигурации с солнечной батареей: носите с собой легкие батареи LiFePO4, куда бы вас ни завела жизнь (даже в гору или за пределы сети), чтобы использовать солнечную энергию.
Коммерческое использование: это самые безопасные и прочные литиевые батареи, что делает их идеальными для промышленного применения, например, напольных машин, подъемных ворот и т. д.
Кроме того, литий-железо-фосфатные батареи питают многие другие устройства, такие как фонарики, электронные сигареты, радиооборудование, аварийное освещение и другие предметы.
Возможности широкомасштабной реализации LFP
Хотя батареи LFP менее дороги и более стабильны, чем альтернативы, плотность энергии стала серьезным препятствием для их широкого внедрения.Батареи LFP имеют гораздо меньшую плотность энергии - от 15 до 25%.Однако ситуация меняется при использовании более толстых электродов, подобных тем, которые используются в произведенной в Шанхае модели 3, плотность энергии которой составляет 359 Втч/литр.
Благодаря длительному сроку службы аккумуляторов LFP они имеют большую емкость, чем литий-ионные аккумуляторы сопоставимого веса.Это означает, что плотность энергии этих батарей со временем станет более одинаковой.
Еще одним препятствием для массового внедрения является то, что Китай доминирует на рынке из-за множества патентов LFP.Поскольку срок действия этих патентов истекает, ходят слухи, что производство LFP, как и производство автомобилей, будет локализовано.
Крупные автопроизводители, такие как Ford, Volkswagen и Tesla, все чаще используют эту технологию, заменяя составы никеля или кобальта.Недавнее заявление Tesla в ежеквартальном отчете — это только начало.Tesla также предоставила краткую информацию о своем аккумуляторном блоке 4680, который будет иметь более высокую плотность энергии и дальность действия.Также возможно, что Tesla будет использовать конструкцию «ячейка-пакет», чтобы конденсировать больше ячеек и обеспечить более низкую плотность энергии.
Несмотря на свой возраст, LFP и снижение стоимости аккумуляторов могут иметь решающее значение для ускорения массового внедрения электромобилей.Ожидается, что к 2023 году цены на литий-ионные аккумуляторы будут близки к $100/кВтч.LFP могут позволить автопроизводителям акцентировать внимание на таких факторах, как удобство или время перезарядки, а не только на цене.
Время публикации: 10 августа 2022 г.