باتری LiFePO4

گزارش‌های سه ماهه سوم 2021 تسلا از انتقال به باتری‌های LiFePO4 به عنوان استاندارد جدید در خودروهای خود خبر داد.اما باتری های LiFePO4 دقیقا چیست؟

نیویورک، نیویورک، ایالات متحده آمریکا، 26 مه 2022 /EINPresswire.com / — آیا آنها جایگزین بهتری برای باتری های Li-Ion هستند؟تفاوت این باتری ها با دیگر باتری ها چیست؟

آشنایی با باتری های LiFePO4

باتری لیتیوم آهن فسفات (LFP) یک باتری لیتیوم یونی با سرعت شارژ و دشارژ سریعتر است.این یک باتری قابل شارژ با LiFePO4 به عنوان کاتد و یک الکترود کربن گرافیتی با پشتی فلزی به عنوان آند است.

باتری های LiFePO4 چگالی انرژی کمتری نسبت به باتری های لیتیوم یونی دارند و ولتاژ کاری کمتری دارند.آنها سرعت تخلیه پایینی با منحنی های افقی دارند و از Li-ion ایمن تر هستند.این باتری ها به عنوان باتری های لیتیوم فرو فسفات نیز شناخته می شوند.

اختراع باتری های LiFePO4

باتری های LiFePO4 توسط John B. Goodenough و Arumugam Manthiram اختراع شدند.آنها اولین کسانی بودند که مواد مورد استفاده در باتری های لیتیوم یون را تعیین کردند.مواد آند به دلیل تمایل به اتصال کوتاه فوری برای باتری های لیتیوم یون ایده آل نیستند.

دانشمندان دریافتند که مواد کاتدی در مقایسه با کاتدهای باتری لیتیوم یون بهتر هستند.این امر به ویژه در انواع باتری های LiFePO4 قابل توجه است.آنها ثبات و رسانایی را افزایش می دهند و جنبه های مختلف دیگری را بهبود می بخشند.

این روزها باتری های LiFePO4 در همه جا یافت می شوند و کاربردهای مختلفی از جمله استفاده در قایق ها، سیستم های خورشیدی و وسایل نقلیه دارند.باتری‌های LiFePO4 بدون کبالت و ارزان‌تر از سایر باتری‌های جایگزین هستند.غیر سمی است و ماندگاری طولانی تری دارد.

مشخصات باتری LFP -

عملکرد سیستم های مدیریت باتری در باتری های LFP

باتری های LFP از بیش از سلول های متصل تشکیل شده اند.آنها سیستمی دارند که تضمین می کند باتری در محدوده ایمن باقی می ماند.یک سیستم مدیریت باتری (BMS) باتری را تحت شرایط عملیاتی محافظت، کنترل و نظارت می کند تا از امنیت و افزایش عمر باتری اطمینان حاصل کند.

عملکرد سیستم های مدیریت باتری در باتری های LFP -

علیرغم این واقعیت که سلول های فسفات آهن لیتیوم تحمل بیشتری دارند، با این وجود در هنگام شارژ مستعد افزایش ولتاژ هستند که عملکرد را کاهش می دهد.ماده به کار رفته در کاتد ممکن است به طور بالقوه خراب شود و پایداری خود را از دست بدهد.BMS خروجی هر سلول را تنظیم می کند و تضمین می کند که حداکثر ولتاژ باتری حفظ می شود.

با تخریب مواد الکترود، کمبود ولتاژ به یک نگرانی جدی تبدیل می شود.اگر ولتاژ هر سلولی به زیر یک آستانه مشخص کاهش یابد، BMS باتری را از مدار جدا می کند.همچنین در شرایط جریان بیش از حد به عنوان پشتیبان عمل می کند و در هنگام اتصال کوتاه، عملکرد خود را خاموش می کند.

باتری های LiFePO4 در مقابل باتری های لیتیوم یونی

باتری های LiFePO4 برای دستگاه های پوشیدنی مانند ساعت ها مناسب نیستند.آنها نسبت به هر باتری لیتیومی دیگر دارای چگالی انرژی کمتری هستند.با این حال، آنها بهترین چیز برای سیستم های انرژی خورشیدی، RVs، چرخ دستی های گلف، قایق های باس، و موتور سیکلت های الکتریکی هستند.

★یکی از مزیت های اصلی این باتری ها عمر چرخه آنهاست.

این باتری ها می توانند بیش از 4 برابر بیشتر از سایرین دوام بیاورند.آنها ایمن تر هستند و می توانند تا 100٪ عمق تخلیه برسند، به این معنی که می توان آنها را برای مدت طولانی تری مورد استفاده قرار داد.

در زیر دلایل دیگری وجود دارد که چرا این باتری ها جایگزین بهتری برای باتری های Li-ion هستند.

★ کم هزینه

باتری های LFP از آهن و فسفر تشکیل شده اند که در مقیاس عظیم استخراج می شوند و ارزان هستند.هزینه باتری های LFP حدود 70 درصد کمتر از باتری های NMC غنی از نیکل در هر کیلوگرم است.ترکیب شیمیایی آن یک مزیت هزینه ایجاد می کند.کمترین قیمت سلولی گزارش شده برای باتری های LFP برای اولین بار در سال 2020 به زیر 100 دلار در هر کیلووات ساعت رسید.

★ تاثیر زیست محیطی کوچک
باتری های LFP حاوی نیکل یا کبالت نیستند که گران هستند و اثرات زیست محیطی زیادی دارند.این باتری ها قابل شارژ هستند که دوستی محیط زیست آنها را نشان می دهد.

★ بهبود بهره وری و عملکرد
باتری های LFP به دلیل چرخه عمر طولانی خود شناخته شده اند، و آنها را به گزینه ای محبوب برای برنامه هایی تبدیل می کند که در طول زمان به توان خروجی قابل اعتماد و ثابت نیاز دارند.این باتری‌ها نسبت به سایر باتری‌های لیتیوم یونی سرعت کاهش ظرفیت کمتری را تجربه می‌کنند که به حفظ عملکرد آنها در طولانی مدت کمک می‌کند.علاوه بر این، آنها ولتاژ عملیاتی کمتری دارند و در نتیجه مقاومت داخلی کمتر و سرعت شارژ/دشارژ سریع‌تر دارند.

★ ایمنی و ثبات افزایش یافته است
باتری های LFP از نظر حرارتی و شیمیایی پایدار هستند، بنابراین احتمال انفجار یا آتش گرفتن آنها کمتر است.LFP یک ششم گرمای NMC غنی از نیکل را تولید می کند.از آنجایی که پیوند Co-O در باتری های LFP قوی تر است، اتم های اکسیژن در صورت اتصال کوتاه یا گرم شدن بیش از حد کندتر آزاد می شوند.علاوه بر این، هیچ لیتیومی در سلول‌های کاملاً باردار باقی نمی‌ماند، و در مقایسه با واکنش‌های گرمازایی که در سلول‌های لیتیومی دیگر دیده می‌شود، در برابر از دست دادن اکسیژن بسیار مقاوم هستند.

★کوچک و سبک وزن
باتری های LFP تقریبا 50 درصد سبک تر از باتری های لیتیوم اکسید منگنز هستند.آنها تا 70 درصد سبک تر از باتری های سرب اسیدی هستند.هنگامی که از باتری LiFePO4 در خودرو استفاده می کنید، بنزین کمتری مصرف می کنید و قدرت مانور بیشتری دارید.آنها همچنین کوچک و جمع و جور هستند و به شما این امکان را می دهند که در فضای اسکوتر، قایق، RV یا برنامه های صنعتی خود صرفه جویی کنید.

باتری های LiFePO4 در مقابل باتری های غیر لیتیومی
باتری‌های غیر لیتیومی مزایای زیادی دارند، اما با توجه به پتانسیل باتری‌های جدید LiFePo4، احتمالاً در میان مدت جایگزین می‌شوند، زیرا فناوری قدیمی‌تر گران و کارآمدتر است.

☆ باتری های اسید سرب
باتری های سرب اسید ممکن است در ابتدا مقرون به صرفه به نظر برسند، اما در دراز مدت گران تر می شوند.این به دلیل این واقعیت است که آنها نیاز به نگهداری و تعویض مکرر دارند.باتری LiFePO4 2-4 برابر بیشتر بدون نیاز به تعمیر و نگهداری دوام می آورد.

☆ باتری های ژلی
باتری های ژل مانند باتری های LiFePO4 نیازی به شارژ مجدد ندارند و در حین نگهداری شارژ خود را از دست نمی دهند.اما باتری های ژل با سرعت کمتری شارژ می شوند.آنها باید به محض شارژ کامل قطع شوند تا از تخریب جلوگیری شود.

☆ باتری های AGM
در حالی که باتری های AGM در معرض خطر بالایی برای آسیب دیدن کمتر از ظرفیت 50 درصد هستند، باتری های LiFePO4 را می توان به طور کامل بدون هیچ گونه خطر آسیب تخلیه کرد.همچنین، حفظ آنها دشوار است.

برنامه های کاربردی برای باتری های LiFePO4
باتری های LiFePO4 کاربردهای بسیار ارزشمندی از جمله

●قایق های ماهیگیری و کایاک: می توانید با زمان شارژ کمتر و زمان طولانی تر، زمان بیشتری را در آب بگذرانید.وزن کمتر در مسابقات ماهیگیری پرمخاطره، حمل آسان تر و افزایش سرعت را فراهم می کند.

●روروک مخصوص بچه ها و موتور سیکلت های متحرک: وزن مرده ای برای کاهش سرعت شما وجود ندارد.باتری خود را برای سفرهای خود به خود بدون آسیب رساندن به آن تا کمتر از ظرفیت کامل شارژ کنید.

●پیکربندی های خورشیدی: باتری های سبک وزن LiFePO4 را هر جا که زندگی شما را می برد (حتی از کوه یا خارج از شبکه) حمل کنید تا از نیروی خورشید استفاده کنید.

●استفاده تجاری: اینها ایمن‌ترین و مقاوم‌ترین باتری‌های لیتیومی هستند که آنها را برای کاربردهای صنعتی مانند ماشین‌های کف، درب‌های بالابر و غیره ایده‌آل می‌کند.

علاوه بر این، باتری‌های لیتیوم آهن فسفات بسیاری از وسایل دیگر مانند چراغ قوه، سیگارهای الکترونیکی، تجهیزات رادیویی، روشنایی اضطراری و موارد دیگر را تامین می‌کنند.

امکانات برای پیاده سازی LFP در مقیاس وسیع
در حالی که باتری های LFP ارزان تر و پایدارتر از باتری های جایگزین هستند، چگالی انرژی مانع مهمی برای پذیرش گسترده بوده است.باتری های LFP چگالی انرژی بسیار کمتری دارند که بین 15 تا 25 درصد متغیر است.با این حال، این با استفاده از الکترودهای ضخیم تر مانند الکترودهای مورد استفاده در مدل 3 ساخت شانگهای که دارای چگالی انرژی 359 وات ساعت در لیتر است، در حال تغییر است.

با توجه به چرخه عمر طولانی باتری های LFP، ظرفیت بیشتری نسبت به باتری های لیتیوم یون با وزن مشابه دارند.این بدان معنی است که چگالی انرژی این باتری ها به مرور زمان شبیه تر می شود.

یکی دیگر از موانع پذیرش انبوه این است که چین به دلیل انبوه پتنت های LFP بر بازار تسلط یافته است.از آنجایی که این پتنت ها منقضی می شوند، گمانه زنی هایی وجود دارد که تولید LFP، مانند تولید خودرو، بومی سازی خواهد شد.

خودروسازان بزرگی مانند فورد، فولکس واگن و تسلا به طور فزاینده ای از این فناوری با جایگزینی فرمولاسیون نیکل یا کبالت استفاده می کنند.اعلامیه اخیر تسلا در به روز رسانی سه ماهه آن تنها آغاز کار است.تسلا همچنین به‌روزرسانی مختصری در مورد بسته باتری 4680 خود ارائه کرده است که چگالی انرژی و برد بیشتری دارد.همچنین این امکان وجود دارد که تسلا از ساختار "سلول به بسته" برای متراکم کردن سلول های بیشتر و تطبیق تراکم انرژی کمتر استفاده کند.

با وجود سنش،LFPو کاهش هزینه باتری ممکن است در تسریع پذیرش انبوه EV حیاتی باشد.انتظار می رود تا سال 2023 قیمت لیتیوم یون نزدیک به 100 دلار در هر کیلووات ساعت باشد.LFPها ممکن است خودروسازان را قادر سازند تا به جای صرفاً قیمت، بر عواملی مانند راحتی یا زمان شارژ مجدد تأکید کنند.