รายงานประจำไตรมาสที่ 3 ปี 2021 ของ Tesla ได้ประกาศการเปลี่ยนไปใช้แบตเตอรี่ LiFePO4 เพื่อเป็นมาตรฐานใหม่ในรถยนต์แต่แบตเตอรี่ LiFePO4 คืออะไรกันแน่?
นิวยอร์ก นิวยอร์ก สหรัฐอเมริกา 26 พฤษภาคม 2022 /EINPresswire.com/ — เป็นทางเลือกที่ดีกว่าแบตเตอรี่ Li-Ion หรือไม่แบตเตอรี่เหล่านี้แตกต่างจากแบตเตอรี่อื่นๆ อย่างไร?
รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับแบตเตอรี่ LiFePO4
แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP) เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีอัตราการชาร์จและการคายประจุที่เร็วขึ้นเป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ที่มี LiFePO4 เป็นแคโทด และอิเล็กโทรดคาร์บอนกราไฟต์ที่มีส่วนหลังเป็นโลหะเป็นแอโนด
แบตเตอรี่ LiFePO4 มีความหนาแน่นของพลังงานต่ำกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและมีแรงดันไฟฟ้าในการทำงานต่ำกว่ามีอัตราการคายประจุต่ำโดยมีเส้นโค้งแบนและปลอดภัยกว่า Li-ionแบตเตอรี่เหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าแบตเตอรี่ลิเธียมเฟอร์โรฟอสเฟต
การประดิษฐ์แบตเตอรี่ LiFePO4
แบตเตอรี่ LiFePO4ถูกคิดค้นโดย John B. Goodenough และ Arumugam Manthiramพวกเขาเป็นหนึ่งในคนกลุ่มแรกที่ระบุวัสดุที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนวัสดุแอโนดไม่เหมาะสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเนื่องจากมีแนวโน้มที่จะลัดวงจรเร็ว
นักวิทยาศาสตร์พบว่าวัสดุแคโทดดีกว่าเมื่อเทียบกับแคโทดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสิ่งนี้สังเกตได้ชัดเจนเป็นพิเศษในรุ่นแบตเตอรี่ LiFePO4ช่วยเพิ่มเสถียรภาพและการนำไฟฟ้า และปรับปรุงด้านอื่นๆ ที่หลากหลาย
ปัจจุบันแบตเตอรี่ LiFePO4 พบได้ทุกที่และมีการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการใช้งานในเรือ ระบบสุริยะ และยานพาหนะแบตเตอรี่ LiFePO4 ปราศจากโคบอลต์และมีราคาถูกกว่าแบตเตอรี่ทดแทนส่วนใหญ่ไม่เป็นพิษและมีอายุการเก็บรักษานานกว่า
ข้อมูลจำเพาะของแบตเตอรี่ LFP
แหล่งที่มา
หน้าที่ของระบบการจัดการแบตเตอรี่ในแบตเตอรี่ LFP
แบตเตอรี่ LFP ประกอบด้วยมากกว่าเซลล์ที่เชื่อมต่อกันพวกเขามีระบบที่ทำให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่อยู่ในขอบเขตที่ปลอดภัยระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) จะปกป้อง ควบคุม และตรวจสอบแบตเตอรี่ภายใต้สภาวะการทำงานเพื่อความปลอดภัยและยืดอายุแบตเตอรี่
หน้าที่ของระบบการจัดการแบตเตอรี่ในแบตเตอรี่ LFP
แม้ว่าเซลล์ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตจะมีความทนทานมากกว่า แต่ก็มีแนวโน้มที่จะเกิดแรงดันไฟฟ้าเกินในระหว่างการชาร์จ ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพลดลงวัสดุที่ใช้ทำแคโทดอาจเสื่อมสภาพและสูญเสียความเสถียรBMS จะควบคุมเอาต์พุตของแต่ละเซลล์และช่วยให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของแบตเตอรี่ยังคงอยู่
เมื่อวัสดุอิเล็กโทรดเสื่อมสภาพ แรงดันไฟฟ้าตกจะกลายเป็นปัญหาร้ายแรงหากแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนด BMS จะตัดการเชื่อมต่อแบตเตอรี่ออกจากวงจรนอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นแบ็คสต็อปในสภาวะกระแสไฟเกิน และจะปิดการทำงานในระหว่างการลัดวงจร
แบตเตอรี่ LiFePO4 กับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
แบตเตอรี่ LiFePO4 ไม่เหมาะกับอุปกรณ์สวมใส่ เช่น นาฬิกามีความหนาแน่นของพลังงานต่ำกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมอื่นๆอย่างไรก็ตาม เหมาะสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ รถบ้าน รถกอล์ฟ เรือเบส และรถจักรยานยนต์ไฟฟ้า
ข้อดีหลักประการหนึ่งของแบตเตอรี่เหล่านี้คืออายุการใช้งาน
แบตเตอรี่เหล่านี้มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าแบตเตอรี่อื่นๆ ถึง 4 เท่าปลอดภัยกว่าและสามารถเข้าถึงระดับความลึกได้ถึง 100% ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้งานได้เป็นระยะเวลานานขึ้น
ด้านล่างนี้คือเหตุผลอื่นๆ ว่าทำไมแบตเตอรี่เหล่านี้จึงเป็นทางเลือกที่ดีกว่าแบตเตอรี่ Li-ion
ราคาถูก
แบตเตอรี่ LFP ทำจากเหล็กและฟอสฟอรัส ซึ่งขุดได้ในปริมาณมหาศาลและมีราคาไม่แพงค่าใช้จ่ายของแบตเตอรี่ LFP คาดว่าจะต่ำกว่าแบตเตอรี่ NMC ที่อุดมด้วยนิกเกิลถึง 70 เปอร์เซ็นต์ต่อกิโลกรัมองค์ประกอบทางเคมีให้ความได้เปรียบด้านต้นทุนราคาเซลล์ที่รายงานต่ำสุดสำหรับแบตเตอรี่ LFP ลดลงต่ำกว่า 100 ดอลลาร์/kWh เป็นครั้งแรกในปี 2020
ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเล็กน้อย
แบตเตอรี่ LFP ไม่มีนิกเกิลหรือโคบอลต์ ซึ่งมีราคาแพงและมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมากแบตเตอรี่เหล่านี้สามารถชาร์จใหม่ได้ซึ่งแสดงถึงความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
ปรับปรุงประสิทธิภาพและสมรรถนะ
แบตเตอรี่ LFP ขึ้นชื่อในเรื่องอายุการใช้งานที่ยาวนาน ทำให้เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการใช้งานที่ต้องการกำลังไฟฟ้าที่เชื่อถือได้และสม่ำเสมอเมื่อเวลาผ่านไปแบตเตอรี่เหล่านี้มีอัตราการสูญเสียความจุช้ากว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอื่นๆ ซึ่งช่วยรักษาประสิทธิภาพในระยะยาวนอกจากนี้ยังมีแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่ต่ำกว่า ส่งผลให้มีความต้านทานภายในน้อยลงและความเร็วในการชาร์จ/คายประจุเร็วขึ้น
เพิ่มความปลอดภัยและเสถียรภาพ
แบตเตอรี่ LFP มีความเสถียรทางความร้อนและทางเคมี ดังนั้นจึงมีโอกาสน้อยที่จะระเบิดหรือติดไฟLFP ผลิตความร้อนหนึ่งในหกของ NMC ที่อุดมด้วยนิกเกิลเนื่องจากพันธะ Co-O นั้นแข็งแกร่งกว่าในแบตเตอรี่ LFP อะตอมของออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาช้ากว่าหากเกิดการลัดวงจรหรือมีความร้อนสูงเกินไปนอกจากนี้ ไม่มีลิเธียมเหลืออยู่ในเซลล์ที่มีประจุเต็ม ทำให้มีความทนทานต่อการสูญเสียออกซิเจนได้สูง เมื่อเทียบกับปฏิกิริยาคายความร้อนที่พบในเซลล์ลิเธียมอื่นๆ
ขนาดเล็กและน้ำหนักเบา
แบตเตอรี่ LFP มีน้ำหนักเบากว่าแบตเตอรี่ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์เกือบ 50%เบากว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดถึง 70%เมื่อคุณใช้แบตเตอรี่ LiFePO4 ในยานพาหนะ คุณจะใช้แก๊สน้อยลงและมีความคล่องตัวมากขึ้นอีกทั้งยังมีขนาดเล็กและกะทัดรัด ช่วยให้คุณประหยัดพื้นที่บนสกู๊ตเตอร์ เรือ รถบ้าน หรืองานอุตสาหกรรม
แบตเตอรี่ LiFePO4 กับแบตเตอรี่ที่ไม่ใช่ลิเธียม
แบตเตอรี่ที่ไม่ใช่ลิเธียมมีข้อดีหลายประการ แต่มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนได้ในระยะกลาง เนื่องจากแบตเตอรี่ LiFePo4 ใหม่มีศักยภาพ เนื่องจากเทคโนโลยีรุ่นเก่ามีราคาแพงและมีประสิทธิภาพน้อยกว่า
แบตเตอรี่กรดตะกั่ว
แบตเตอรี่ตะกั่วกรดอาจดูเหมือนคุ้มค่าในตอนแรก แต่สุดท้ายจะมีราคาแพงกว่าในระยะยาวเนื่องจากพวกเขาต้องการการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนบ่อยครั้งมากขึ้นแบตเตอรี่ LiFePO4 มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น 2-4 เท่าโดยไม่จำเป็นต้องบำรุงรักษา
แบตเตอรี่เจล
แบตเตอรี่เจล เช่น แบตเตอรี่ LiFePO4 ไม่จำเป็นต้องชาร์จซ้ำบ่อยๆ และไม่เสียประจุขณะจัดเก็บแต่แบตเตอรี่เจลจะชาร์จในอัตราที่ช้ากว่าต้องตัดการเชื่อมต่อทันทีที่ชาร์จเต็มแล้วเพื่อหลีกเลี่ยงการทำลาย
แบตเตอรี่ประชุมผู้ถือหุ้น
แม้ว่าแบตเตอรี่ AGM มีความเสี่ยงสูงที่จะเกิดความเสียหายที่มีความจุต่ำกว่า 50% แต่แบตเตอรี่ LiFePO4 ก็สามารถคายประจุจนหมดได้โดยไม่มีความเสี่ยงต่อความเสียหายนอกจากนี้ยังเป็นเรื่องยากที่จะรักษาพวกเขาไว้
การใช้งานสำหรับแบตเตอรี่ LiFePO4
แบตเตอรี่ LiFePO4 มีการใช้งานอันทรงคุณค่ามากมาย ได้แก่
เรือประมงและเรือคายัค: คุณสามารถใช้เวลาอยู่บนน้ำได้มากขึ้นโดยใช้เวลาชาร์จน้อยลงและมีเวลาทำงานนานขึ้นน้ำหนักที่น้อยลงทำให้ควบคุมได้ง่ายขึ้นและเร่งความเร็วได้ในระหว่างการแข่งขันตกปลาที่มีเดิมพันสูง
สกู๊ตเตอร์เคลื่อนที่และโมเพด: ไม่มีน้ำหนักใดๆ ที่จะทำให้คุณช้าลงได้ชาร์จแบตเตอรี่ให้น้อยกว่าความจุสูงสุดสำหรับการเดินทางโดยธรรมชาติโดยไม่ทำให้แบตเตอรี่เสียหาย
โครงสร้างพลังงานแสงอาทิตย์: พกพาแบตเตอรี่ LiFePO4 น้ำหนักเบาไปทุกที่ที่ชีวิตพาคุณไป (แม้แต่บนภูเขาหรือนอกโครงข่าย) เพื่อควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์
การใช้งานเชิงพาณิชย์: แบตเตอรี่ลิเธียมเหล่านี้เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมที่ปลอดภัยและทนทานที่สุด ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรม เช่น เครื่องจักรตั้งพื้น ประตูลิฟต์ และอื่นๆ
นอกจากนี้ แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตยังจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์อื่นๆ อีกมากมาย เช่น ไฟฉาย บุหรี่ไฟฟ้า อุปกรณ์วิทยุ ไฟฉุกเฉิน และอุปกรณ์อื่นๆ
ความเป็นไปได้สำหรับการใช้งาน LFP แบบ Wid-Scale
แม้ว่าแบตเตอรี่ LFP จะมีราคาถูกกว่าและมีเสถียรภาพมากกว่าแบตเตอรี่ทางเลือกอื่น แต่ความหนาแน่นของพลังงานก็เป็นอุปสรรคสำคัญในการนำไปใช้อย่างแพร่หลายแบตเตอรี่ LFP มีความหนาแน่นของพลังงานต่ำกว่ามาก โดยอยู่ระหว่าง 15 ถึง 25%อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้กำลังเปลี่ยนแปลงโดยใช้อิเล็กโทรดที่หนาขึ้นเหมือนกับที่ใช้ในโมเดล 3 ที่ผลิตในเซี่ยงไฮ้ ซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงาน 359Wh/ลิตร
เนื่องจากอายุการใช้งานที่ยาวนานของแบตเตอรี่ LFP จึงมีความจุมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีน้ำหนักใกล้เคียงกันซึ่งหมายความว่าความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่เหล่านี้จะใกล้เคียงกันมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป
อุปสรรคอีกประการหนึ่งในการนำไปใช้ในวงกว้างก็คือจีนได้ครองตลาดเนื่องจากมีสิทธิบัตร LFP จำนวนมากเมื่อสิทธิบัตรเหล่านี้หมดอายุ จึงมีการคาดการณ์ว่าการผลิต LFP เช่นเดียวกับการผลิตรถยนต์ จะถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่น
ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ เช่น ฟอร์ด โฟล์คสวาเกน และเทสลา ใช้เทคโนโลยีนี้มากขึ้นโดยแทนที่สูตรนิกเกิลหรือโคบอลต์การประกาศล่าสุดโดย Tesla ในการอัปเดตรายไตรมาสเป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้นนอกจากนี้ Tesla ยังให้ข้อมูลอัปเดตสั้นๆ เกี่ยวกับชุดแบตเตอรี่ 4680 ซึ่งจะมีความหนาแน่นและพิสัยของพลังงานที่สูงขึ้นอาจเป็นไปได้ว่า Tesla จะใช้โครงสร้างแบบ "เซลล์ต่อแพ็ค" เพื่อควบแน่นเซลล์มากขึ้นและรองรับความหนาแน่นของพลังงานที่ลดลง
แม้จะมีอายุมาก แต่ LFP และต้นทุนแบตเตอรี่ที่ลดลงอาจมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเร่งการนำ EV มาใช้เป็นจำนวนมากภายในปี 2566 คาดว่าราคาลิเธียมไอออนจะอยู่ที่ประมาณ 100 ดอลลาร์ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงLFP อาจช่วยให้ผู้ผลิตรถยนต์สามารถเน้นปัจจัยต่างๆ เช่น ความสะดวกหรือเวลาในการชาร์จ แทนที่จะเป็นเพียงราคา
เวลาโพสต์: 10 ส.ค.-2022