Τι είναι μια μπαταρία LFP? | RPM, μπαταρία φωσφορικού λιθίου – συστήματα PowerTech

Μπαταρίες LFP

Μέσα συντομογραφίας LFP Φωσφορικό λίθιο (Στα αγγλικά, φωσφορικό σίδερο λιθίου, επίσης γνωστό στο χημικό όρο LifePo4). Αυτές οι λέξεις περιγράφουν τη χημική σύνθεση της μπαταρίας που είναι διαφορετική από αυτή μιας συνηθισμένης μπαταρίας ιόντων λιθίου.

Τι είναι μια μπαταρία LFP?

Εκτός από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, ένας νέος τύπος μπαταριών είναι ήσυχα εγκατεστημένη στην αγορά ηλεκτρικών οχημάτων, το LFP. Αλλά τι είναι μια μπαταρία LFP?

Μπαταρία LFP 002

Παρόλο που τα ηλεκτρικά οχήματα έχουν αποδείξει τη βιωσιμότητά τους στην περίπτωση, οι κατασκευαστές προσπαθούν ωστόσο με κάθε τρόπο βελτίωσης των μπαταριών έτσι ώστε να είναι και οι δύο πιο αποτελεσματικές, πιο διαρκή, λιγότερο δαπανηρές για την παραγωγή και, πάνω απ ‘όλα, λιγότερο ρυπογόνο κατά τη στιγμή της κατασκευής τους ενώ υπόσχεται περισσότερη αυτονομία στους καταναλωτές.

Μία από τις πιο αξιοσημείωτες προόδους στην εξέλιξη των μπαταριών ήταν η ανάπτυξη και η εμπορία του Μπαταρίες LFP Για να αντικαταστήσουν τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, εκείνες που παρέχουν σήμερα τη συντριπτική πλειοψηφία των ηλεκτρικών οχημάτων στους δρόμους μας.

Μπαταρία LFP

Τι είναι μια μπαταρία LFP?

Μέσα συντομογραφίας LFP Φωσφορικό λίθιο (Στα αγγλικά, φωσφορικό σίδερο λιθίου, επίσης γνωστό στο χημικό όρο LifePo4). Αυτές οι λέξεις περιγράφουν τη χημική σύνθεση της μπαταρίας που είναι διαφορετική από αυτή μιας συνηθισμένης μπαταρίας ιόντων λιθίου.

Οι πρώτες προσπάθειες χρήσης σωματιδίων Lifepo4 Στη σύνθεση μιας μπαταρίας χρονολογείται από το 1996. Ήταν ο μηχανικός στη χημεία Padhi και Al στην Ηλεκτροχημική Εταιρεία (EMS), στο New Jersey, που είχε κάνει αυτή την πρώτη ανακάλυψη.

Ωστόσο, είχε διαπιστώσει ότι τα σωματίδια LIFEPO4 είχαν πολύ κακή ηλεκτρική αγωγιμότητα και έτσι επιβράδυνε την εμπορία της μπαταρίας LFP. Η συναίνεση τότε ήταν ότι αυτό το είδος μπαταρίας δεν μπορούσε να ανταγωνιστεί την ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας ιόντων λιθίου.

  • Για να διαβάσετε: Η Ford θα κυκλοφορήσει σύντομα τις μπαταρίες LFP
  • Για να διαβάσετε: Ορολογία του ηλεκτρικού αυτοκινήτου

Είναι όμως ο Michel Armand, επιστήμονας και γάλλος καθηγητής, πρώην υπάλληλος του Hydro-Québec, ο οποίος, χρησιμοποιώντας τους συναδέλφους του, συνειδητοποίησε ότι εάν προσθέτει νανοσωλήνες άνθρακα σε σωματίδια LIFEPO και μείωσαν τα σωματίδια μεγέθους, θα μπορούσαμε έτσι να αντισταθμίσουμε τα προβλήματα αγωγιμότητας.

Άλλοι ερευνητές εργάστηκαν επίσης για την ανάπτυξη μπαταριών LFP, όπως το Chiang, ένας μηχανικός χημείας της Ταϊβάν προέλευσης. Προχώρησε την ιδέα της χρήσης της δράσης ντόπινγκ για ημιαγωγούς, η οποία βοήθησε στην αύξηση της αγωγιμότητας μιας μπαταρίας LFP.

Μπαταρία LFP

Ποια ηλεκτρικά αυτοκίνητα είναι εξοπλισμένα με μπαταρία LFP?

Σήμερα, λόγω του ενδιαφέροντος των μεγάλων κατασκευαστών στην κατασκευή μπαταριών για τα ηλεκτρικά οχήματα χαμηλότερου κόστους, η μπαταρία LFP βρίσκεται σε δημοτικότητα. Ο Tesla ήταν ο πρώτος κατασκευαστής που το έθεσε στο μοντέλο 3 το 2021, ενώ άλλοι κατασκευαστές, όπως η Mercedes-Benz και η Ford, σχεδιάζουν να προχωρήσουν σε αυτό το είδος μπαταριών. Ήταν το ενδιαφέρον των μεγάλων κατασκευαστών που έχει διεγείρει την ανάπτυξη αυτού του τύπου μπαταριών.

Πώς λειτουργεί η μπαταρία LFP σε σχέση με την μπαταρία ιόντων λιθίου?

Η κύρια διάκριση μεταξύ μιας μπαταρίας LFP και μιας συνηθισμένης μπαταρίας ιόντων λιθίου (NCM/Nickel-Cobalt Manganese ή NCA/Nickel-Cobalt Aluminal) βασίζεται κυρίως στη χημική σύνθεση της καθόδου. Αντί να χρησιμοποιούμε μέταλλα όπως το κοβάλτιο, το νικέλιο ή το μαγγάνιο, θα προτείνουμε προτεραιότητα στο σίδερο.

Επομένως, είναι σημαντικό να καθορίσουμε ότι μια μπαταρία LFP περιέχει επίσης ιόντα λιθίου μέσα σε έναν ηλεκτρολύτη. Στην πραγματικότητα, εκτός από τη χημική σύνθεση της καθόδου, η μπαταρία LFP λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως μια μπαταρία ιόντων λιθίου. Φυσικά, είναι σχεδόν πανομοιότυπο.

Έτσι, σε χρήση, επαναφορτίζεται με τον ίδιο τρόπο και δίνει στον ιδιοκτήτη του το ίδιο είδος εμπειρίας, με εξαίρεση το γεγονός ότι αυτή η μπαταρία μπορεί να επαναφορτιστεί συνεχώς στο 100 % χωρίς να δείχνει σημάδια πρόωρης υποβάθμισης, δηλαδή Πείτε μια απώλεια αυτονομίας ή επιβράδυνση στην ταχύτητα επαναφόρτισης.

Μπαταρία ιόντων λιθίου

Ποια είναι τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της μπαταρίας LFP?

Η επαναφόρτιση 100 % είναι ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα της μπαταρίας LFP, επειδή αυτή η πρακτική δεν προκαλεί πρόωρη υποβάθμιση όπως συμβαίνει με τη μπαταρία ιόντων λιθίου. Υπάρχει επίσης το γεγονός ότι μια μπαταρία LFP είναι πιο διαρκής με αρκετούς κύκλους φόρτισης. Για παράδειγμα, εάν οι πιο διαρκείς μπαταρίες ιόντων λιθίου προσφέρουν μέχρι 1.500 κύκλους φόρτισης, η μπαταρία LFP μπορεί να φτάσει μέχρι 2.000 κύκλους.

Στη συνέχεια, υπάρχει η χημική του σύνθεση που καθιστά δυνατή τη μείωση της εξάρτησής της από αμφιλεγόμενα υλικά όπως το κοβάλτιο και το νικέλιο. Όχι μόνο ο σίδηρος είναι ευκολότερο να εξαχθεί και, ως εκ τούτου, λιγότερο ρυπογόνο όταν είναι εξαγωγή, αλλά είναι επίσης ευκολότερο να ανακυκλωθεί, η οποία επιτρέπει στις μπαταρίες να εισέρχονται εύκολα στις υπάρχουσες διαδικασίες ανακύκλωσης. Υπάρχει τότε το κόστος αυτού του μετάλλου που είναι σαφώς χαμηλότερο και επιτρέπει στους κατασκευαστές να μειώσουν το κόστος παραγωγής τους κατά τη στιγμή της κατασκευής της μπαταρίας.

Η μπαταρία LFP προσφέρει περισσότερη αυτονομία από τη μπαταρία ιόντων λιθίου?

Από την άλλη πλευρά, η ενεργειακή πυκνότητα μιας μπαταρίας LFP, δηλαδή η ικανότητά της να αποθηκεύει την ενέργεια περισσότερο ανάλογα με το μέγεθός της (μετρούμενη σε wattheures/kilo), είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή των μπαταριών-ιόν Lithium-ion. Ως αναφορά, οι καλύτερες μπαταρίες ιόντων λιθίου φθάνουν σε ενεργειακή πυκνότητα 325 Wattheures/Kilo. Η μπαταρία LFP, από την άλλη πλευρά, σήμερα καλύπτει περίπου 150 watthers/kilo.

Ωστόσο, αυτή η πραγματικότητα αναγκάζει τους κατασκευαστές αυτοκινήτων να δημιουργήσουν μια μπαταρία της οποίας η χωρητικότητα είναι υψηλότερη για να φτάσει στην ίδια αυτονομία. Το μοντέλο Tesla 3 είναι το τέλειο παράδειγμα. Το παλιό μοντέλο είχε μπαταρία ιόντων λιθίου με χωρητικότητα 53 κιλοβάατ, ενώ το τρέχον μοντέλο εξοπλισμένο με μια μπαταρία LFP-SAW αυξάνεται σε 60 κιλοβάατ ώρες. Τέλος, λόγω της σύνθεσης με βάση το σιδήρου, η μπαταρία LFP είναι πολύ βαρύτερη από μια μπαταρία ιόντων λιθίου νικελίου, η οποία συμβάλλει στην αύξηση της καθαρής μάζας του οχήματος.

Ωστόσο, η πρόσφατη πρόοδος στην αεροδυναμική των ηλεκτρικών οχημάτων και του λογισμικού διαχείρισης ενέργειας, χάρη στη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης, ειδικότερα, επιτρέπει στα αυτοκίνητα να ξεπεράσουν αυτά τα προβλήματα. Ως απόδειξη, παρά μια μπαταρία που είναι λιγότερο ενεργητικά πυκνή, η Tesla κατάφερε να εξάγει περισσότερη αυτονομία από το μοντέλο 3, που της επέτρεψε να πάει από 400 σε 438 χιλιόμετρα.

Μπαταρίες LFP

Φωσφορικό σίδερο λιθίου - LFP - LifePo4 -κελτή

Εμφανίστηκε το 1996, η τεχνολογία φωσφορικού λιθίου Ferro (που ονομάζεται επίσης LFP ή LIFEPO4) αντικαθιστά άλλες τεχνολογίες μπαταριών λόγω των τεχνικών περιουσιακών στοιχείων και του πολύ υψηλού επιπέδου ασφάλειας της.

Λόγω της πυκνότητας υψηλής ισχύος, αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται σε εφαρμογές μεσαίας ισχύος (ρομποτική, AGV, ηλεκτρονική κινητικότητα, παράδοση του τελευταίου χιλιομέτρου κ.λπ.) ή βαριά πρόσφυση (θαλάσσια έλξη, βιομηχανικά οχήματα, κ.λπ.Ουσία

Η μακρά διάρκεια ζωής του LFP και η πιθανότητα βαθιάς ποδηλασίας καθιστά δυνατή τη χρήση του LIFEPO4 σε εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας (αυτόνομες εφαρμογές, συστήματα εκτός ομάδας, αυτοσυγκέντρωση με μπαταρία) ή στάσιμη αποθήκευση γενικά.

Τα μεγάλα περιουσιακά στοιχεία του σιδήρου φωσφορικού λιθίου:

  • Εξαιρετικά ασφαλής τεχνολογία (χωρίς θερμικό φαινόμενο διαφυγής)
  • Ημερολόγιο διάρκειας> 10 χρόνια
  • Αριθμός κύκλων: Από 2000 έως αρκετές χιλιάδες (βλ. Abaque παρακάτω)
  • Πολύ χαμηλή τοξικότητα για το περιβάλλον (χρήση σιδήρου, γραφίτη και φωσφορικού)
  • Πολύ καλή αντίσταση στη θερμοκρασία (έως 70 ° C)
  • Πολύ χαμηλή εσωτερική αντίσταση. Σταθερότητα, ακόμη και μείωση κατά τη διάρκεια των κύκλων.
  • Σταθερή ισχύς σε όλο το εύρος εκφόρτισης
  • Εύκολη ανακύκλωση
Αριθμός κύκλων που εκτιμήθηκαν για την τεχνολογία σιδήρου φωσφορικού λιθίου (LifePO4)

Η τεχνολογία LFP είναι αυτή που επιτρέπει τον μεγαλύτερο αριθμό κύκλων φόρτωσης / εκφόρτισης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η τεχνολογία αυτή υιοθετείται κυρίως σε συστήματα αποθήκευσης ακίνητης ενέργειας (αυτο-κατανάλωση, εκτός δικτύου, UPS, βοήθεια κ.λπ.) Για εφαρμογές που απαιτούν σημαντική διάρκεια ζωής.
Ο αριθμός των πραγματικών κύκλων που μπορούν να πραγματοποιηθούν εξαρτάται από διάφορους παράγοντες:

  • Ποιότητα κυττάρων λιθίου
  • Ισχύς εκκένωσης που μετρήθηκε στο Σακαράκα (Ex: Ισχύς 1/2 C σε W = 1/2 φορές η χωρητικότητα της μπαταρίας στο WH. Για μια μπαταρία 1kWh που απορρίπτεται στα 2kW, λέγεται ότι ο ρυθμός εκφόρτισης είναι 2C)
  • Βάθος απόρριψης (DOD)
  • Περιβάλλον: θερμοκρασία, υγρασία κ.λπ.

Το Abacus παρακάτω αντιπροσωπεύει τον αριθμό των εκτιμώμενων κύκλων για τα κύτταρα μπαταρίας του φωσφορικού σιδήρου λιθίου (LFP, LIFEPO4) ως συνάρτηση της ισχύος εκφόρτισης και του DOD. Οι συνθήκες δοκιμής είναι αυτές ενός εργαστηρίου (σταθερή θερμοκρασία 25 ° C, ισχύς φορτίου και σταθερή εκκένωση).

Αριθμός εκτιμώμενων κύκλων LFP - Σίδερο φωσφορικού λιθίου - LifePo4

Στο πρότυπο περιβάλλον και για τους κύκλους που κατασκευάζονται στο 1C, το abacus δίνει μια εκτίμηση του αριθμού των κύκλων για το LFP:

Στο τέλος του αριθμού του κύκλου που κατασκευάστηκε, Οι μπαταρίες εξακολουθούν να έχουν ονομαστική χωρητικότητα μεγαλύτερη από 80% της αρχικής χωρητικότητας.

  • Περιορισμοί μπαταριών μολύβδου
  • Πλεονεκτήματα του ιόντος λιθίου
  • Τεχνική σύγκριση Λιθίου-Ιόν έναντι μπαταριών μολύβδου
  • Μελέτη κόστους ιόντων λιθίου έναντι μπαταριών μολύβδου
  • Ασφάλεια μπαταρίας ιόντων λιθίου
  • Τεχνολογία φωσφορικού σιδήρου λιθίου (LifePO4 ή LFP)
  • Μετρήστε την κατάσταση φόρτωσης (SOC) μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου

Το παραπάνω άρθρο είναι η αποκλειστική ιδιοκτησία των συστημάτων PowerTech.
Η αναπαραγωγή απαγορεύεται χωρίς άδεια.