گزارشهای سهماهه سوم سال ۲۰۲۱ تسلا، گذار به باتریهای LiFePO4 را به عنوان استاندارد جدید در خودروهای این شرکت اعلام کرد. اما باتریهای LiFePO4 دقیقاً چه هستند؟
نیویورک، نیویورک، ایالات متحده آمریکا، ۲۶ مه ۲۰۲۲ /EINPresswire.com / — آیا آنها جایگزین بهتری برای باتریهای لیتیوم-یونی هستند؟ این باتریها چه تفاوتی با سایر باتریها دارند؟
مقدمهای بر باتریهای LiFePO4
باتری لیتیوم آهن فسفات (LFP) یک باتری لیتیوم-یونی با سرعت شارژ و دشارژ سریعتر است. این باتری قابل شارژ با LiFePO4 به عنوان کاتد و یک الکترود کربن گرافیتی با پشت فلزی به عنوان آند است.
باتریهای LiFePO4 چگالی انرژی کمتری نسبت به باتریهای لیتیوم-یونی و ولتاژ کاری پایینتری دارند. نرخ دشارژ پایینی با منحنیهای افقی دارند و از Li-ion ایمنتر هستند. این باتریها همچنین به عنوان باتریهای لیتیوم-فروفسفات شناخته میشوند.
اختراع باتریهای LiFePO4
باتریهای LiFePO4 توسط جان بی. گودیناف و آروموگام مانتیرام اختراع شدند. آنها از اولین کسانی بودند که مواد مورد استفاده در باتریهای لیتیوم-یونی را تعیین کردند. مواد آند به دلیل تمایل به اتصال کوتاه فوری، برای باتریهای لیتیوم-یونی ایدهآل نیستند.
دانشمندان دریافتند که مواد کاتدی در مقایسه با کاتدهای باتری لیتیوم-یونی بهتر هستند. این امر به ویژه در انواع باتری LiFePO4 قابل توجه است. آنها پایداری و رسانایی را افزایش داده و جنبههای مختلف دیگری را بهبود میبخشند.
این روزها، باتریهای LiFePO4 همه جا یافت میشوند و کاربردهای مختلفی دارند، از جمله استفاده در قایقها، سیستمهای خورشیدی و وسایل نقلیه. باتریهای LiFePO4 فاقد کبالت هستند و نسبت به اکثر جایگزینها ارزانترند. این باتریها غیرسمی هستند و ماندگاری طولانیتری دارند.
مشخصات باتری LFP -
عملکرد سیستمهای مدیریت باتری در باتریهای LFP
باتریهای LFP چیزی بیش از سلولهای متصل به هم هستند؛ آنها سیستمی دارند که تضمین میکند باتری در محدوده ایمن باقی بماند. یک سیستم مدیریت باتری (BMS) باتری را در شرایط عملیاتی محافظت، کنترل و نظارت میکند تا امنیت را تضمین کرده و عمر باتری را افزایش دهد.
عملکرد سیستمهای مدیریت باتری در باتریهای LFP -
با وجود این واقعیت که سلولهای فسفات آهن لیتیوم تحمل بیشتری دارند، با این وجود در طول شارژ مستعد اضافه ولتاژ هستند که باعث کاهش عملکرد میشود. مادهای که در کاتد استفاده میشود ممکن است به طور بالقوه خراب شود و پایداری خود را از دست بدهد. BMS خروجی هر سلول را تنظیم میکند و تضمین میکند که حداکثر ولتاژ باتری حفظ شود.
با تخریب مواد الکترود، افت ولتاژ به یک نگرانی جدی تبدیل میشود. اگر ولتاژ هر سلولی از یک آستانه مشخص پایینتر بیاید، BMS باتری را از مدار جدا میکند. همچنین در شرایط اضافه جریان به عنوان یک پشتیبان عمل میکند و در هنگام اتصال کوتاه، عملکرد خود را متوقف میکند.
باتریهای LiFePO4 در مقابل باتریهای لیتیوم-یون
باتریهای LiFePO4 برای دستگاههای پوشیدنی مانند ساعت مناسب نیستند. چگالی انرژی آنها از سایر باتریهای لیتیومی کمتر است. با این حال، آنها بهترین گزینه برای سیستمهای انرژی خورشیدی، خودروهای تفریحی، چرخ دستیهای گلف، قایقهای تفریحی و موتورسیکلتهای برقی هستند.
★یکی از مزایای اصلی این باتریها، طول عمر چرخهای آنهاست.
این باتریها میتوانند بیش از ۴ برابر بیشتر از بقیه دوام بیاورند. آنها ایمنتر هستند و میتوانند تا ۱۰۰٪ عمق دشارژ برسند، به این معنی که میتوانند برای مدت طولانیتری مورد استفاده قرار گیرند.
در زیر دلایل بیشتری وجود دارد که چرا این باتریها جایگزین بهتری برای باتریهای لیتیوم-یونی هستند.
★کم هزینه
باتریهای LFP از آهن و فسفر تشکیل شدهاند که در مقیاس وسیعی استخراج میشوند و ارزان هستند. تخمین زده میشود که هزینه باتریهای LFP تا 70 درصد در هر کیلوگرم کمتر از باتریهای NMC غنی از نیکل باشد. ترکیب شیمیایی آن یک مزیت هزینهای ایجاد میکند. کمترین قیمت گزارش شده برای باتریهای LFP برای اولین بار در سال 2020 به زیر 100 دلار در هر کیلووات ساعت رسید.
★تاثیر زیستمحیطی کم
باتریهای LFP حاوی نیکل یا کبالت نیستند که گران هستند و تأثیر زیادی بر محیط زیست دارند. این باتریها قابل شارژ هستند که نشاندهنده سازگاری آنها با محیط زیست است.
★بهبود کارایی و عملکرد
باتریهای LFP به دلیل چرخه عمر طولانی خود شناخته شدهاند و همین امر آنها را به انتخابی محبوب برای کاربردهایی تبدیل میکند که به خروجی توان قابل اعتماد و ثابت در طول زمان نیاز دارند. این باتریها نسبت به سایر باتریهای لیتیوم-یونی، نرخ کاهش ظرفیت کمتری دارند که به حفظ عملکرد آنها در درازمدت کمک میکند. علاوه بر این، ولتاژ عملیاتی پایینتری دارند که منجر به مقاومت داخلی کمتر و سرعت شارژ/دشارژ سریعتر میشود.
★ ایمنی و پایداری پیشرفته
باتریهای LFP از نظر حرارتی و شیمیایی پایدار هستند، از این رو احتمال انفجار یا آتش گرفتن آنها کمتر است. LFP یک ششم NMC غنی از نیکل گرما تولید میکند. از آنجا که پیوند Co-O در باتریهای LFP قویتر است، اتمهای اکسیژن در صورت اتصال کوتاه یا گرم شدن بیش از حد، کندتر آزاد میشوند. علاوه بر این، هیچ لیتیومی در سلولهای کاملاً شارژ شده باقی نمیماند و این باعث میشود که آنها در مقایسه با واکنشهای گرمازا که در سایر سلولهای لیتیومی دیده میشود، در برابر از دست دادن اکسیژن بسیار مقاوم باشند.
★کوچک و سبک
باتریهای LFP تقریباً 50٪ سبکتر از باتریهای اکسید منگنز لیتیوم هستند. آنها تا 70٪ سبکتر از باتریهای اسید سرب هستند. وقتی از باتری LiFePO4 در وسیله نقلیه استفاده میکنید، از گاز کمتری استفاده میکنید و قدرت مانور بیشتری دارید. آنها همچنین کوچک و جمع و جور هستند و به شما امکان میدهند در فضای اسکوتر، قایق، RV یا کاربردهای صنعتی خود صرفهجویی کنید.
باتریهای LiFePO4 در مقابل باتریهای غیر لیتیومی
باتریهای غیر لیتیومی مزایای متعددی دارند، اما با توجه به پتانسیل باتریهای جدید LiFePo4، احتمالاً در میانمدت جایگزین خواهند شد، زیرا فناوری قدیمیتر گران و کمبازدهتر است.
☆ باتریهای سرب-اسید
باتریهای سرب-اسید ممکن است در ابتدا مقرون به صرفه به نظر برسند، اما در درازمدت گرانتر میشوند. این به این دلیل است که آنها به نگهداری و تعویض مکرر نیاز دارند. یک باتری LiFePO4 بدون نیاز به نگهداری، 2 تا 4 برابر بیشتر عمر میکند.
☆ باتریهای ژلهای
باتریهای ژل، مانند باتریهای LiFePO4، نیازی به شارژ مکرر ندارند و در حین انبار شدن شارژ خود را از دست نمیدهند. اما باتریهای ژل با سرعت کمتری شارژ میشوند. برای جلوگیری از خراب شدن، باید به محض شارژ کامل، آنها را جدا کرد.
☆ باتریهای AGM
در حالی که باتریهای AGM در معرض خطر بالای آسیب دیدن در زیر ۵۰٪ ظرفیت خود هستند، باتریهای LiFePO4 را میتوان بدون هیچ گونه خطر آسیبی به طور کامل تخلیه کرد. همچنین، نگهداری آنها دشوار است.
کاربردهای باتریهای LiFePO4
باتریهای LiFePO4 کاربردهای ارزشمند زیادی دارند، از جمله
●قایقهای ماهیگیری و کایاک: میتوانید با زمان شارژ کمتر و زمان کارکرد طولانیتر، زمان بیشتری را روی آب بگذرانید. وزن کمتر، امکان کنترل آسانتر و افزایش سرعت در مسابقات ماهیگیری پرخطر را فراهم میکند.
●اسکوترها و موتورسیکلتهای قابل حمل: هیچ وزن اضافی برای کاهش سرعت شما وجود ندارد. باتری خود را تا کمتر از ظرفیت کامل شارژ کنید تا بتوانید بدون آسیب رساندن به آن، سفرهای خودجوش داشته باشید.
●پیکربندیهای خورشیدی: باتریهای سبک LiFePO4 را هر کجا که زندگی شما را میبرد (حتی بالای کوه یا خارج از شبکه برق) حمل کنید تا از انرژی خورشید استفاده کنید.
●کاربرد تجاری: این باتریها ایمنترین و مقاومترین باتریهای لیتیومی هستند که آنها را برای کاربردهای صنعتی مانند ماشینهای کف، بالابرها و موارد دیگر ایدهآل میکند.
علاوه بر این، باتریهای لیتیوم آهن فسفات، بسیاری از دستگاههای دیگر مانند چراغ قوه، سیگار الکترونیکی، تجهیزات رادیویی، روشنایی اضطراری و موارد دیگر را تغذیه میکنند.
احتمالات پیادهسازی LFP در مقیاس وسیع
اگرچه باتریهای LFP ارزانتر و پایدارتر از جایگزینهای خود هستند، اما چگالی انرژی مانع قابل توجهی برای پذیرش گسترده آنها بوده است. باتریهای LFP چگالی انرژی بسیار کمتری دارند و بین ۱۵ تا ۲۵ درصد متغیر هستند. با این حال، این وضعیت با استفاده از الکترودهای ضخیمتر مانند الکترودهای مورد استفاده در مدل ۳ ساخت شانگهای که چگالی انرژی ۳۵۹ وات ساعت بر لیتر دارد، در حال تغییر است.
به دلیل چرخه عمر طولانی باتریهای LFP، ظرفیت آنها در مقایسه با باتریهای لیتیوم-یونی با وزن مشابه بیشتر است. این بدان معناست که چگالی انرژی این باتریها با گذشت زمان بیشتر به هم شبیه خواهد شد.
مانع دیگر برای پذیرش گسترده این است که چین به دلیل تعداد زیاد پتنتهای LFP بر بازار تسلط یافته است. با انقضای این پتنتها، گمانهزنیهایی وجود دارد مبنی بر اینکه تولید LFP، مانند تولید خودرو، بومیسازی خواهد شد.
خودروسازان بزرگی مانند فورد، فولکس واگن و تسلا به طور فزایندهای از این فناوری با جایگزینی فرمولاسیونهای نیکل یا کبالت استفاده میکنند. اعلامیه اخیر تسلا در بهروزرسانی سهماهه خود، تنها آغاز ماجرا است. تسلا همچنین بهروزرسانی مختصری در مورد بسته باتری ۴۶۸۰ خود ارائه داد که چگالی انرژی و برد بالاتری خواهد داشت. همچنین ممکن است تسلا از ساختار «سلول به بسته» برای متراکم کردن سلولهای بیشتر و تطبیق با چگالی انرژی پایینتر استفاده کند.
با وجود قدمتش،LFPو کاهش هزینههای باتری ممکن است در تسریع پذیرش گسترده خودروهای برقی بسیار مهم باشد. انتظار میرود تا سال 2023، قیمت باتریهای لیتیوم-یونی نزدیک به 100 دلار در هر کیلووات ساعت باشد. باتریهای لیتیوم-یونی سبک (LFP) ممکن است خودروسازان را قادر سازند تا به جای صرفاً قیمت، بر عواملی مانند راحتی یا زمان شارژ مجدد تأکید کنند.
زمان ارسال: ۲۴ ژوئن ۲۰۲۲