LiFePO4 akkumulátor

A Tesla 2021 harmadik negyedéves jelentései bejelentették, hogy a LiFePO4 akkumulátorokra térnek át, mint új szabványra a járműveikben. De mik is pontosan a LiFePO4 akkumulátorok?

NEW YORK, NEW YORK, USA, 2022. május 26. /EINPresswire.com / — Jobb alternatívát jelentenek a lítium-ion akkumulátorokkal szemben? Miben különböznek ezek az akkumulátorok más akkumulátoroktól?

Bevezetés a LiFePO4 akkumulátorokba

A lítium-vas-foszfát (LFP) akkumulátor egy lítium-ion akkumulátor, amely gyorsabb töltési és kisütési sebességgel rendelkezik. Ez egy újratölthető akkumulátor, amelynek katódja LiFePO4, anódja pedig grafitikus szén elektróda fém hátlappal.

A LiFePO4 akkumulátorok alacsonyabb energiasűrűséggel és alacsonyabb üzemi feszültséggel rendelkeznek, mint a lítium-ion akkumulátorok. Alacsony kisülési sebességgel rendelkeznek, vízszintes görbületekkel rendelkeznek, és biztonságosabbak, mint a lítium-ion akkumulátorok. Ezeket az akkumulátorokat lítium-ferrofoszfát akkumulátoroknak is nevezik.

A LiFePO4 akkumulátorok feltalálása

A LiFePO4 akkumulátorokat John B. Goodenough és Arumugam Manthiram találta fel. Ők voltak az elsők között, akik meghatározták a lítium-ion akkumulátorokban használt anyagokat. Az anódanyagok nem ideálisak lítium-ion akkumulátorokhoz, mivel hajlamosak az azonnali rövidzárlatra.

A tudósok felfedezték, hogy a katódanyagok jobbak a lítium-ion akkumulátorok katódjaihoz képest. Ez különösen a LiFePO4 akkumulátorváltozatoknál figyelemre méltó. Javítják a stabilitást és a vezetőképességet, valamint számos más szempontot is javítanak.

Manapság a LiFePO4 akkumulátorok mindenhol megtalálhatók, és számos alkalmazási területtel rendelkeznek, beleértve a hajókat, napelemes rendszereket és járműveket. A LiFePO4 akkumulátorok kobaltmentesek és olcsóbbak, mint a legtöbb alternatíva. Nem mérgezőek és hosszabb az eltarthatósági idejük.

LFP akkumulátor specifikációk -

Az akkumulátorkezelő rendszerek funkciója az LFP akkumulátorokban

Az LFP akkumulátorok nem csupán összekapcsolt cellákból állnak; egy olyan rendszerrel rendelkeznek, amely biztosítja, hogy az akkumulátor biztonságos határértékeken belül maradjon. Az akkumulátorkezelő rendszer (BMS) védi, vezérli és figyeli az akkumulátort üzemi körülmények között a biztonság garantálása és az akkumulátor élettartamának meghosszabbítása érdekében.

Az akkumulátorkezelő rendszerek funkciója az LFP akkumulátorokban -

Annak ellenére, hogy a lítium-vas-foszfát cellák jobban tolerálják a feszültséget, töltés közben hajlamosak a túlfeszültségre, ami csökkenti a teljesítményt. A katódhoz felhasznált anyag potenciálisan elhasználódhat és elveszítheti stabilitását. A BMS szabályozza az egyes cellák kimenetét, és biztosítja az akkumulátor maximális feszültségének fenntartását.

Ahogy az elektróda anyagai lebomlanak, az alulfeszültség komoly aggodalomra ad okot. Ha bármelyik cella feszültsége egy meghatározott küszöbérték alá esik, a BMS leválasztja az akkumulátort az áramkörről. Túláram esetén visszacsapó szelepként is szolgál, és rövidzárlat esetén leállítja a működését.

LiFePO4 akkumulátorok vs. lítium-ion akkumulátorok

A LiFePO4 akkumulátorok nem alkalmasak viselhető eszközökhöz, például órákhoz. Alacsonyabb energiasűrűségűek, mint bármely más lítium akkumulátor. Azonban a legjobb választás napelemes rendszerekhez, lakókocsikhoz, golfkocsikhoz, csónakokhoz és elektromos motorkerékpárokhoz.

★Ezeknek az akkumulátoroknak az egyik fő előnye a ciklusidejük.

Ezek az akkumulátorok több mint négyszer tovább bírják, mint mások. Biztonságosabbak, és akár 100%-os kisütési mélységet is elérhetnek, ami azt jelenti, hogy hosszabb ideig használhatók.

Az alábbiakban további okokat sorolunk fel, amiért ezek az akkumulátorok jobb alternatívát jelentenek a lítium-ion akkumulátorokkal szemben.

★Alacsony költség

Az LFP akkumulátorok vasból és foszforból állnak, hatalmas mennyiségben bányásszák őket, és olcsók. Az LFP akkumulátorok költsége a becslések szerint akár 70 százalékkal is alacsonyabb kilogrammonként, mint a nikkelben gazdag NMC akkumulátoroké. Kémiai összetétele költségelőnyt biztosít. Az LFP akkumulátorok legalacsonyabb bejelentett cellaárai 2020-ban először estek 100 dollár/kWh alá.

★Kis környezeti hatás
Az LFP akkumulátorok nem tartalmaznak nikkelt vagy kobaltot, amelyek drágák és nagy környezeti hatással bírnak. Ezek az akkumulátorok újratölthetők, ami környezetbarát jellegüket mutatja.

★Javított hatékonyság és teljesítmény
Az LFP akkumulátorok hosszú élettartamukról ismertek, így népszerű választást jelentenek azokban az alkalmazásokban, amelyek megbízható és állandó teljesítményt igényelnek hosszú távon. Ezek az akkumulátorok lassabb kapacitásveszteséget mutatnak, mint más lítium-ion akkumulátorok, ami segít megőrizni teljesítményüket hosszú távon. Ezenkívül alacsonyabb üzemi feszültséggel rendelkeznek, ami kisebb belső ellenállást és gyorsabb töltési/kisütési sebességet eredményez.

★Fokozott biztonság és stabilitás
Az LFP akkumulátorok termikusan és kémiailag stabilak, ezért kisebb a valószínűsége, hogy felrobbannak vagy kigyulladnak. Az LFP egyhatod annyi hőt termel, mint a nikkelben gazdag NMC. Mivel a Co-O kötés erősebb az LFP akkumulátorokban, az oxigénatomok lassabban szabadulnak fel rövidzárlat vagy túlmelegedés esetén. Továbbá a teljesen feltöltött cellákban nem marad lítium, így azok rendkívül ellenállóak az oxigénveszteséggel szemben a többi lítiumcellában megfigyelt exoterm reakciókhoz képest.

★Kicsi és könnyű
Az LFP akkumulátorok közel 50%-kal könnyebbek, mint a lítium-mangán-oxid akkumulátorok. Akár 70%-kal könnyebbek, mint az ólomakkumulátorok. Ha LiFePO4 akkumulátort használ egy járműben, kevesebb üzemanyagot fogyaszt, és nagyobb a manőverezhetősége. Emellett kicsik és kompaktak, így helyet takaríthat meg robogóján, hajóján, lakókocsiján vagy ipari alkalmazásán.

LiFePO4 akkumulátorok vs. nem lítium akkumulátorok
A nem lítium akkumulátoroknak számos előnyük van, de valószínűleg középtávon lecserélik őket az új LiFePo4 akkumulátorokban rejlő lehetőségek miatt, mivel a régebbi technológia drága és kevésbé hatékony.

☆Ólom-savas akkumulátorok
Az ólomakkumulátorok elsőre költséghatékonynak tűnhetnek, de hosszú távon drágábbnak bizonyulnak. Ez annak köszönhető, hogy gyakrabban igényelnek karbantartást és cserét. Egy LiFePO4 akkumulátor 2-4-szer tovább tart karbantartás nélkül.

☆Gél elemek
A zselés akkumulátorok, akárcsak a LiFePO4 akkumulátorok, nem igényelnek gyakori töltést, és tárolás közben sem veszítik el a töltésüket. A zselés akkumulátorok azonban lassabban töltődnek. A teljes feltöltés után azonnal le kell választani őket a károsodás elkerülése érdekében.

☆AGM akkumulátorok
Míg az AGM akkumulátorok esetében nagy a károsodás kockázata 50%-os kapacitás alatt, a LiFePO4 akkumulátorok teljesen lemeríthetők károsodás kockázata nélkül. Ráadásul nehéz őket fenntartani.

LiFePO4 akkumulátorok alkalmazásai
A LiFePO4 akkumulátoroknak számos értékes alkalmazási területe van, többek között

● Horgászcsónakok és kajakok: Több időt tölthet a vízen kevesebb töltési idővel és hosszabb üzemidővel. A kisebb súly könnyebb kezelhetőséget és lassító hatást biztosít a nagy téttel járó horgászversenyek során.

●Motorkerékpárok és robogók: Nincs holt teher, ami lelassíthatná. Töltse fel az akkumulátorát kevesebb mint teljes kapacitással a spontán utazásokhoz anélkül, hogy károsítaná.

● Napelemes konfigurációk: Vigyen magával könnyű LiFePO4 akkumulátorokat, bárhová is szólítja az élet (akár hegyre, akár a hálózatról leválasztva), hogy kihasználhassa a nap energiáját.

● Kereskedelmi használat: Ezek a legbiztonságosabb és legstrapabíróbb lítium akkumulátorok, ami ideálissá teszi őket ipari alkalmazásokhoz, például padlógépekhez, csomagtérajtókhoz és egyebekhez.

Továbbá a lítium-vas-foszfát akkumulátorok számos más eszközt is táplálnak, például zseblámpákat, elektronikus cigarettákat, rádióberendezéseket, vészvilágítást és egyéb tárgyakat.

Széleskörű LFP megvalósítási lehetőségek
Bár az LFP akkumulátorok olcsóbbak és stabilabbak, mint az alternatívák, az energiasűrűség jelentős akadályt jelent a széles körű elterjedésükben. Az LFP akkumulátorok energiasűrűsége sokkal alacsonyabb, 15 és 25% között mozog. Ez azonban változóban van a vastagabb elektródák használatával, mint amilyeneket a Sanghajban gyártott Model 3-ban használnak, amelynek energiasűrűsége 359 Wh/liter.

Az LFP akkumulátorok hosszú élettartamának köszönhetően nagyobb kapacitással rendelkeznek, mint a hasonló súlyú lítium-ion akkumulátorok. Ez azt jelenti, hogy ezeknek az akkumulátoroknak az energiasűrűsége idővel egyre hasonlóbb lesz.

A tömeges elterjedés másik akadálya, hogy Kína uralja a piacot a rengeteg LFP szabadalom miatt. Mivel ezek a szabadalmak lejárnak, felmerül a spekuláció, hogy az LFP gyártása, a járműgyártáshoz hasonlóan, lokalizált lesz.

A nagyobb autógyártók, mint például a Ford, a Volkswagen és a Tesla, egyre inkább alkalmazzák a technológiát nikkel- vagy kobalt-összetételek helyettesítésére. A Tesla negyedéves jelentésében tett bejelentése csak a kezdet. A Tesla rövid frissítést adott ki a 4680-as akkumulátorcsomagjáról is, amely nagyobb energiasűrűséggel és hatótávolsággal rendelkezik majd. Az is lehetséges, hogy a Tesla „cella-csomag” konstrukciót fog alkalmazni, hogy több cellát tömörítsen és alacsonyabb energiasűrűséget tudjon kezelni.

Kora ellenére,LFPAz akkumulátorköltségek csökkentése pedig kritikus fontosságú lehet a tömeges elektromos járművek elterjedésének felgyorsításában. 2023-ra a lítium-ion akkumulátorok ára várhatóan megközelíti a 100 dollárt/kWh-t. Az alacsony töltési kapacitású akkumulátorok (LFP-k) lehetővé tehetik az autógyártók számára, hogy az ár helyett olyan tényezőket hangsúlyozzanak, mint a kényelem vagy az újratöltési idő.