LiFePO4 baterie

Zprávy společnosti Tesla za třetí čtvrtletí roku 2021 oznámily přechod na LiFePO4 baterie jako nový standard ve svých vozidlech. Ale co přesně jsou LiFePO4 baterie?

NEW YORK, NEW YORK, USA, 26. května 2022 /EINPresswire.com / — Jsou lepší alternativou k lithium-iontovým bateriím? Jak se tyto baterie liší od ostatních baterií?

Úvod do LiFePO4 baterií

Lithium-železitophosphate (LFP) baterie je lithium-iontová baterie s rychlejším nabíjením a vybíjením. Jedná se o dobíjecí baterii s LiFePO4 jako katodou a grafitovou uhlíkovou elektrodou s kovovým podkladem jako anodou.

LiFePO4 baterie mají nižší energetickou hustotu než lithium-iontové baterie a nižší provozní napětí. Mají nízkou rychlost vybíjení s horizontálními křivkami a jsou bezpečnější než Li-ion. Tyto baterie jsou také známé jako lithium-ferofosfátové baterie.

Vynález LiFePO4 baterií

LiFePO4 baterie vynalezli John B. Goodenough a Arumugam Manthiram. Byli mezi prvními, kdo určili materiály používané v lithium-iontových bateriích. Anodové materiály nejsou pro lithium-iontové baterie ideální kvůli jejich sklonu k okamžitému zkratu.

Vědci zjistili, že katodové materiály jsou lepší než katody lithium-iontových baterií. To je patrné zejména u variant LiFePO4 baterií. Zvyšují stabilitu a vodivost a zlepšují řadu dalších aspektů.

V dnešní době se baterie LiFePO4 nacházejí všude a mají různá uplatnění, včetně použití v lodích, solárních systémech a vozidlech. Baterie LiFePO4 neobsahují kobalt a jsou levnější než většina alternativ. Jsou netoxické a mají delší trvanlivost.

Specifikace baterie LFP -

Funkce systémů správy baterií v bateriích LFP

Baterie LFP se skládají z více než jen propojených článků; mají systém, který zajišťuje, že baterie zůstane v bezpečných mezích. Systém správy baterií (BMS) chrání, řídí a monitoruje baterii za provozních podmínek, aby byla zajištěna bezpečnost a prodloužena její životnost.

Funkce systémů pro správu baterií v bateriích LFP -

Přestože jsou lithium-železité fosfátové články odolnější, jsou náchylné k přepětí během nabíjení, což snižuje výkon. Materiál použitý na výrobu katody se může potenciálně opotřebovat a ztratit svou stabilitu. Systém BMS reguluje výstup každého článku a zajišťuje udržení maximálního napětí baterie.

S degradací materiálů elektrod se podpětí stává vážným problémem. Pokud napětí kteréhokoli článku klesne pod stanovenou prahovou hodnotu, BMS odpojí baterii od obvodu. Slouží také jako pojistka v případě nadproudu a vypne baterii během zkratu.

LiFePO4 baterie vs. lithium-iontové baterie

Baterie LiFePO4 nejsou vhodné pro nositelná zařízení, jako jsou hodinky. Mají nižší energetickou hustotu než jakékoli jiné lithiové baterie. Jsou však nejlepší volbou pro solární systémy, obytné vozy, golfové vozíky, lodě na vodní skútry a elektrické motocykly.

★Jednou z hlavních výhod těchto baterií je jejich životnost.

Tyto baterie vydrží více než 4krát déle než jiné. Jsou bezpečnější a dokáží dosáhnout až 100% hloubky vybití, což znamená, že je lze používat po delší dobu.

Níže uvádíme další důvody, proč jsou tyto baterie lepší alternativou k lithium-iontovým bateriím.

★Nízké náklady

Baterie LFP se skládají ze železa a fosforu, těží se v obrovském měřítku a jsou levné. Odhaduje se, že cena baterií LFP je až o 70 procent nižší na kilogram než u baterií NMC bohatých na nikl. Jejich chemické složení poskytuje cenovou výhodu. Nejnižší hlášené ceny článků pro baterie LFP klesly v roce 2020 poprvé pod 100 USD/kWh.

★Malý dopad na životní prostředí
Baterie LFP neobsahují nikl ani kobalt, které jsou drahé a mají velký dopad na životní prostředí. Tyto baterie jsou dobíjecí, což svědčí o jejich ekologické šetrnosti.

★Vylepšená efektivita a výkon
Baterie LFP jsou známé svou dlouhou životností, což z nich činí oblíbenou volbu pro aplikace, které vyžadují spolehlivý a konzistentní výstupní výkon v průběhu času. Tyto baterie vykazují pomalejší ztrátu kapacity než jiné lithium-iontové baterie, což pomáhá zachovat jejich výkon po dlouhou dobu. Navíc mají nižší provozní napětí, což má za následek menší vnitřní odpor a rychlejší nabíjení/vybíjení.

★Vylepšená bezpečnost a stabilita
Baterie LFP jsou tepelně a chemicky stabilní, a proto je méně pravděpodobné, že explodují nebo se vznítí. LFP produkuje šestinu tepla oproti NMC bohatému na nikl. Protože je vazba Co-O v bateriích LFP silnější, atomy kyslíku se uvolňují pomaleji při zkratu nebo přehřátí. V plně nabitých článcích navíc nezůstává žádné lithium, což je činí vysoce odolnými vůči ztrátě kyslíku ve srovnání s exotermickými reakcemi pozorovanými u jiných lithiových článků.

★Malý a lehký
Baterie LFP jsou téměř o 50 % lehčí než lithium-manganoxidové baterie. Jsou až o 70 % lehčí než olověné baterie. Používáte-li LiFePO4 baterii ve vozidle, spotřebujete méně paliva a máte větší manévrovatelnost. Jsou také malé a kompaktní, což vám umožňuje ušetřit místo na skútru, lodi, obytném voze nebo v průmyslovém zařízení.

LiFePO4 baterie vs. nelithiové baterie
Nelithiové baterie mají řadu výhod, ale vzhledem k potenciálu nových LiFePo4 baterií budou pravděpodobně ve střednědobém horizontu nahrazeny, protože starší technologie je drahá a méně účinná.

☆Olovně-kyselinové baterie
Olověné akumulátory se mohou zpočátku zdát cenově výhodné, ale z dlouhodobého hlediska jsou dražší. Je to dáno tím, že vyžadují častější údržbu a výměnu. Baterie LiFePO4 vydrží 2–4krát déle bez nutnosti údržby.

☆Gelové baterie
Gelové baterie, stejně jako LiFePO4 baterie, nevyžadují časté dobíjení a při skladování neztrácejí nabití. Gelové baterie se však nabíjejí pomaleji. Aby nedošlo k jejich zničení, je třeba je po úplném nabití odpojit.

☆AGM baterie
Zatímco u AGM baterií existuje vysoké riziko poškození pod 50 % kapacity, LiFePO4 baterie lze zcela vybít bez rizika poškození. Je také obtížné je udržovat v dobrém stavu.

Aplikace pro LiFePO4 baterie
LiFePO4 baterie mají mnoho cenných aplikací, včetně

●Rybářské lodě a kajaky: Díky kratší době nabíjení a delší výbavě můžete strávit více času na vodě. Nižší hmotnost zajišťuje snadnější ovladatelnost a zpomalení během náročných rybářských soutěží.

●Skútry a mopedy pro zvýšení mobility: Neexistuje žádná mrtvá zátěž, která by vás brzdila. Nabijte baterii na méně než plnou kapacitu pro spontánní cesty, aniž byste ji poškodili.

● Solární konfigurace: Noste lehké LiFePO4 baterie kamkoli vás život zavede (i na hory nebo mimo síť), abyste mohli využít energii slunce.

● Komerční použití: Jedná se o nejbezpečnější a nejtvrdší lithiové baterie, díky čemuž jsou ideální pro průmyslové aplikace, jako jsou podlahové stroje, výklopné dveře a další.

Kromě toho lithium-železitophosfátové baterie napájejí mnoho dalších zařízení, jako jsou svítilny, elektronické cigarety, rádiová zařízení, nouzové osvětlení a další položky.

Možnosti implementace LFP ve velkém měřítku
I když jsou baterie LFP levnější a stabilnější než alternativy, hustota energie je významnou překážkou jejich širokého přijetí. Baterie LFP mají mnohem nižší hustotu energie, která se pohybuje mezi 15 a 25 %. To se však mění s použitím silnějších elektrod, jako jsou ty používané v šanghajském Modelu 3, který má hustotu energie 359 Wh/litr.

Díky dlouhé životnosti baterií LFP mají větší kapacitu než lithium-iontové baterie srovnatelné hmotnosti. To znamená, že energetická hustota těchto baterií se časem bude blížit.

Další překážkou masového přijetí je, že Čína dominuje trhu kvůli množství patentů na LFP. Vzhledem k tomu, že platnost těchto patentů vyprší, spekuluje se, že výroba LFP, stejně jako výroba vozidel, bude lokalizována.

Velké automobilky jako Ford, Volkswagen a Tesla stále častěji využívají tuto technologii nahrazováním niklových nebo kobaltových formulací. Nedávné oznámení společnosti Tesla ve své čtvrtletní aktualizaci je pouze začátkem. Tesla také poskytla stručnou aktualizaci o svém bateriovém paketu 4680, který bude mít vyšší energetickou hustotu a dojezd. Je také možné, že Tesla použije konstrukci „cell-to-pack“, aby kondenzovala více článků a pojala nižší energetickou hustotu.

Navzdory svému věku,LFPa snížení nákladů na baterie může být klíčové pro urychlení masového přijetí elektromobilů. Do roku 2023 se očekává, že ceny lithium-iontových baterií dosáhnou téměř 100 USD/kWh. Baterie s nízkým obsahem lithia mohou výrobcům automobilů umožnit zdůraznit faktory, jako je pohodlí nebo doba nabíjení, spíše než jen cenu.