LiFePO4-batteri

Teslas rapporter for 3. kvartal 2021 annoncerede en overgang til LiFePO4-batterier som den nye standard i deres køretøjer. Men hvad er LiFePO4-batterier præcist?

NEW YORK, NEW YORK, USA, 26. maj 2022 /EINPresswire.com / — Er de et bedre alternativ til Li-Ion-batterier? Hvordan adskiller disse batterier sig fra andre batterier?

Introduktion til LiFePO4-batterier

Et lithiumjernfosfat (LFP)-batteri er et lithium-ion-batteri med hurtigere opladnings- og afladningshastigheder. Det er et genopladeligt batteri med LiFePO4 som katode og en grafitisk kulstofelektrode med metallisk bagside som anode.

LiFePO4-batterier har en lavere energitæthed end lithium-ion-batterier og lavere driftsspændinger. De har en lav afladningshastighed med vandrette kurver og er sikrere end Li-ion. Disse batterier er også kendt som lithiumferrofosfatbatterier.

Opfindelsen af ​​LiFePO4-batterier

LiFePO4-batterier blev opfundet af John B. Goodenough og Arumugam Manthiram. De var blandt de første til at bestemme de materialer, der anvendes i lithium-ion-batterier. Anodematerialer er ikke ideelle til lithium-ion-batterier på grund af deres tendens til øjeblikkelig kortslutning.

Forskere har fundet ud af, at katodematerialer er bedre sammenlignet med katoder i lithium-ion-batterier. Dette er især mærkbart i LiFePO4-batterivarianterne. De forbedrer stabilitet og ledningsevne og forbedrer en række andre aspekter.

Nu om dage findes LiFePO4-batterier overalt og har forskellige anvendelser, herunder brug i både, solcelleanlæg og køretøjer. LiFePO4-batterier er koboltfri og billigere end de fleste alternativer. De er giftfri og har en længere holdbarhed.

LFP-batterispecifikationer -

Funktionen af ​​batteristyringssystemer i LFP-batterier

LFP-batterier består af mere end blot forbundne celler; de har et system, der sikrer, at batteriet forbliver inden for sikre grænser. Et batteristyringssystem (BMS) beskytter, styrer og overvåger batteriet under driftsforhold for at sikre sikkerhed og forlænge batteriets levetid.

Funktionen af ​​batteristyringssystemer i LFP-batterier -

Selvom lithium-jernfosfatceller er mere tolerante, er de ikke desto mindre tilbøjelige til overspænding under opladning, hvilket reducerer ydeevnen. Materialet, der anvendes til katoden, kan potentielt forringes og miste sin stabilitet. BMS'en regulerer hver celles output og sikrer, at batteriets maksimale spænding opretholdes.

Efterhånden som elektrodematerialerne nedbrydes, bliver underspænding et alvorligt problem. Hvis en celles spænding falder til under en bestemt tærskel, afbryder BMS'en batteriet fra kredsløbet. Den fungerer også som en backstop i en overstrømstilstand og lukker ned for driften under kortslutning.

LiFePO4-batterier vs. litium-ion-batterier

LiFePO4-batterier er ikke egnede til bærbare enheder såsom ure. De har en lavere energitæthed end andre lithium-batterier. De er dog bedst egnede til solenergisystemer, autocampere, golfvogne, basbåde og elektriske motorcykler.

★En af de største fordele ved disse batterier er deres levetid.

Disse batterier kan holde over 4 gange længere end andre. De er sikrere og kan nå op til 100% afladningsdybde, hvilket betyder, at de kan bruges i en længere periode.

Nedenfor er yderligere grunde til, hvorfor disse batterier er et bedre alternativ til Li-ion-batterier.

★Lav pris

LFP-batterier består af jern og fosfor, der udvindes i enorm skala, og er billige. Prisen på LFP-batterier anslås at være så meget som 70 procent lavere pr. kg end nikkelrige NMC-batterier. Dens kemiske sammensætning giver en omkostningsfordel. De laveste rapporterede cellepriser for LFP-batterier faldt til under $100/kWh for første gang i 2020.

★Lille miljøpåvirkning
LFP-batterier indeholder ikke nikkel eller kobolt, som er dyre og har en stor miljøpåvirkning. Disse batterier er genopladelige, hvilket viser deres miljøvenlighed.

★Forbedret effektivitet og ydeevne
LFP-batterier er kendt for deres lange levetid, hvilket gør dem til et populært valg til applikationer, der kræver pålidelig og ensartet effekt over tid. Disse batterier oplever lavere kapacitetstab end andre lithium-ion-batterier, hvilket hjælper med at bevare deres ydeevne på lang sigt. Derudover har de en lavere driftsspænding, hvilket resulterer i mindre intern modstand og hurtigere opladnings-/afladningshastigheder.

★Forbedret sikkerhed og stabilitet
LFP-batterier er termisk og kemisk stabile, og derfor er de mindre tilbøjelige til at eksplodere eller antændes. LFP producerer en sjettedel af varmen i forhold til nikkelrig NMC. Fordi Co-O-bindingen er stærkere i LFP-batterier, frigives iltatomer langsommere, hvis de kortsluttes eller overophedes. Derudover er der ikke noget lithium tilbage i fuldt opladede celler, hvilket gør dem meget modstandsdygtige over for ilttab sammenlignet med de eksoterme reaktioner, der ses i andre lithiumceller.

★Lille og let
LFP-batterier er næsten 50 % lettere end lithium-manganoxid-batterier. De er op til 70 % lettere end blysyrebatterier. Når du bruger et LiFePO4-batteri i et køretøj, bruger du mindre benzin og har mere manøvredygtighed. De er også små og kompakte, hvilket giver dig mulighed for at spare plads på din scooter, båd, autocamper eller industrielle applikation.

LiFePO4-batterier vs. ikke-litiumbatterier
Ikke-lithium-batterier har en række fordele, men vil sandsynligvis blive udskiftet på mellemlang sigt i betragtning af potentialet i de nye LiFePo4-batterier, da ældre teknologi er dyr og mindre effektiv.

☆Blybatterier
Blybatterier kan i starten virke omkostningseffektive, men de ender med at blive dyrere i det lange løb. Dette skyldes, at de kræver hyppigere vedligeholdelse og udskiftning. Et LiFePO4-batteri holder 2-4 gange længere uden behov for vedligeholdelse.

☆Gelbatterier
Gelbatterier, ligesom LiFePO4-batterier, kræver ikke hyppig genopladning og mister ikke strøm under opbevaring. Gelbatterier oplades dog langsommere. De skal frakobles, så snart de er fuldt opladede, for at undgå ødelæggelse.

☆AGM-batterier
Mens AGM-batterier har en høj risiko for at blive beskadiget under 50% kapacitet, kan LiFePO4-batterier aflades helt uden risiko for skader. Det er også vanskeligt at vedligeholde dem.

Anvendelser af LiFePO4-batterier
LiFePO4-batterier har mange værdifulde anvendelser, herunder

● Fiskebåde og kajakker: Du kan bruge mere tid på vandet med kortere opladningstid og længere driftstid. Mindre vægt giver nemmere håndtering og en fartbump under fiskekonkurrencer med høje indsatser.

● Mobilitetsscootere og knallerter: Der er ingen egenvægt, der kan bremse dig. Oplad dit batteri til mindre end fuld kapacitet for spontane ture uden at beskadige det.

● Solcellekonfigurationer: Tag letvægts LiFePO4-batterier med, uanset hvor livet fører dig hen (selv op på et bjerg eller uden for elnettet) for at udnytte solens energi.

● Kommerciel brug: Disse er de sikreste og mest robuste litiumbatterier, hvilket gør dem ideelle til industrielle anvendelser såsom gulvmaskiner, bagklapper og meget mere.

Derudover driver lithium-jernfosfatbatterier mange andre enheder såsom lommelygter, elektroniske cigaretter, radioudstyr, nødbelysning og andre genstande.

Muligheder for implementering af bredskala LFP
Selvom LFP-batterier er billigere og mere stabile end alternativer, har energitætheden været en betydelig hindring for udbredt anvendelse. LFP-batterier har en meget lavere energitæthed, der spænder mellem 15 og 25 %. Dette er dog ved at ændre sig ved at bruge tykkere elektroder som dem, der bruges i den Shanghai-producerede Model 3, som har en energitæthed på 359 Wh/liter.

På grund af LFP-batteriers lange levetid har de større kapacitet end Li-ion-batterier med sammenlignelig vægt. Det betyder, at energitætheden af ​​disse batterier vil blive mere ensartet over tid.

En anden barriere for masseadoption er, at Kina har domineret markedet på grund af det store antal LFP-patenter. Efterhånden som disse patenter udløber, er der spekulationer om, at LFP-produktion, ligesom bilproduktion, vil blive lokaliseret.

Store bilproducenter som Ford, Volkswagen og Tesla bruger i stigende grad teknologien ved at erstatte nikkel- eller koboltformuleringer. Teslas nylige annoncering i deres kvartalsopdatering er kun begyndelsen. Tesla gav også en kort opdatering om deres 4680-batteripakke, som vil have højere energitæthed og rækkevidde. Det er også muligt, at Tesla vil bruge "celle-to-pack"-konstruktion for at kondensere flere celler og give plads til lavere energitæthed.

Trods sin alder,LFPog reduktionen i batteriomkostninger kan være afgørende for at accelerere den massive udbredelse af elbiler. I 2023 forventes litium-ion-priserne at være tæt på $100/kWh. LFP'er kan gøre det muligt for bilproducenter at lægge vægt på faktorer som bekvemmelighed eller genopladningstid i stedet for blot prisen.