LiFePO4 батареясы

Tesla компаниясының 2021 жылдың 3-ші тоқсанындағы есептері көліктерінде жаңа стандарт ретінде LiFePO4 батареяларына көшу туралы жариялады. Бірақ LiFePO4 батареялары дегеніміз не?

НЬЮ-ЙОРК, НЬЮ-ЙОРК, АҚШ, 2022 жылғы 26 мамыр /EINPresswire.com / — Олар Li-Ion батареяларына жақсы балама ма? Бұл батареялар басқа батареялардан қалай ерекшеленеді?

LiFePO4 батареяларына кіріспе

Литий темір фосфаты (LFP) батареясы - зарядтау және разрядтау жылдамдығы жоғары литий-ионды батарея. Бұл катод ретінде LiFePO4 және анод ретінде металл тірегі бар графит көміртекті электрод бар қайта зарядталатын батарея.

LiFePO4 батареяларының энергия тығыздығы литий-ионды батареяларға қарағанда төмен және жұмыс кернеуі төмен. Олардың көлденең қисықтары бар төмен разряд жылдамдығы бар және литий-ионға қарағанда қауіпсіз. Бұл батареялар литий феррофосфатты батареялар деп те аталады.

LiFePO4 батареяларының ойлап табылуы

LiFePO4 батареяларын Джон Б. Гуденаф пен Арумугам Мантирам ойлап тапқан. Олар литий-ионды батареяларда қолданылатын материалдарды алғашқылардың бірі болып анықтады. Анодты материалдар литий-ионды батареялар үшін өте қолайлы емес, себебі олар бірден қысқа тұйықталуға бейім.

Ғалымдар катод материалдарының литий-ионды батарея катодтарымен салыстырғанда жақсырақ екенін анықтады. Бұл әсіресе LiFePO4 батарея нұсқаларында байқалады. Олар тұрақтылық пен өткізгіштікті арттырады және басқа да бірқатар аспектілерді жақсартады.

Қазіргі уақытта LiFePO4 батареялары барлық жерде кездеседі және қайықтарда, күн энергиясы жүйелерінде және көлік құралдарында қолданылуын қоса алғанда, әртүрлі қолданыстарға ие. LiFePO4 батареялары кобальтсыз және көптеген баламалы батареяларға қарағанда арзанырақ. Олар улы емес және сақтау мерзімі ұзағырақ.

LFP батареясының сипаттамалары -

LFP батареяларындағы батареяны басқару жүйелерінің қызметі

LFP батареялары тек қосылған ұяшықтардан ғана емес, сонымен қатар батареяның қауіпсіз шектерде болуын қамтамасыз ететін жүйеден тұрады. Батареяны басқару жүйесі (BMS) қауіпсіздікті қамтамасыз ету және батареяның қызмет ету мерзімін ұзарту үшін батареяны жұмыс жағдайында қорғайды, басқарады және бақылайды.

LFP батареяларындағы батареяны басқару жүйелерінің функциясы -

Литий темір фосфаты элементтері төзімдірек болғанымен, олар зарядтау кезінде шамадан тыс кернеуге бейім, бұл өнімділікті төмендетеді. Катодқа қолданылатын материал нашарлауы және тұрақтылығын жоғалтуы мүмкін. BMS әрбір элементтің шығысын реттейді және батареяның максималды кернеуінің сақталуын қамтамасыз етеді.

Электрод материалдары тозған сайын, кернеудің төмендеуі үлкен мәселеге айналады. Егер кез келген ұяшықтың кернеуі белгіленген шектен төмен түссе, BMS батареяны тізбектен ажыратады. Ол сондай-ақ шамадан тыс ток жағдайында артқы тіреуіш ретінде қызмет етеді және қысқа тұйықталу кезінде оның жұмысын тоқтатады.

LiFePO4 батареялары және литий-ионды батареялар

LiFePO4 батареялары сағаттар сияқты киілетін құрылғыларға жарамайды. Олардың энергия тығыздығы кез келген басқа литий батареяларына қарағанда төмен. Дегенмен, олар күн энергиясы жүйелері, автофургондар, гольф арбалары, басс қайықтары және электр мотоциклдері үшін ең жақсы таңдау болып табылады.

★Бұл батареялардың басты артықшылықтарының бірі - олардың қызмет ету мерзімі.

Бұл батареялар басқаларына қарағанда 4 еседен астам уақытқа қызмет ете алады. Олар қауіпсіз және 100%-ға дейін разряд тереңдігіне жете алады, бұл оларды ұзақ уақыт пайдалануға болатынын білдіреді.

Төменде бұл батареялардың литий-ионды батареяларға жақсы балама болуының қосымша себептері келтірілген.

★Арзан баға

LFP батареялары темір мен фосфордан тұрады, үлкен көлемде өндіріледі және арзан. LFP батареяларының құны никельге бай NMC батареяларына қарағанда кг үшін 70 пайызға дейін төмен деп есептеледі. Оның химиялық құрамы шығындарға артықшылық береді. LFP батареяларының ең төменгі бағалары 2020 жылы алғаш рет 100 доллар/кВт/сағ-тан төмен түсті.

★Қоршаған ортаға аз әсер ету
LFP батареяларында қымбат және қоршаған ортаға үлкен әсер ететін никель немесе кобальт жоқ. Бұл батареялар қайта зарядталады, бұл олардың экологиялық таза екенін көрсетеді.

★Тиімділік пен өнімділіктің жақсаруы
LFP батареялары ұзақ қызмет ету циклімен танымал, бұл оларды уақыт өте келе сенімді және тұрақты қуат шығысын қажет ететін қолданбалар үшін танымал таңдау етеді. Бұл батареялардың сыйымдылық жоғалту жылдамдығы басқа литий-ионды батареяларға қарағанда баяу, бұл олардың ұзақ мерзімді жұмысын сақтауға көмектеседі. Сонымен қатар, олардың жұмыс кернеуі төмен, бұл ішкі кедергінің азаюына және зарядтау/разрядтау жылдамдығының жоғарылауына әкеледі.

★Қауіпсіздік пен тұрақтылықты жақсарту
LFP батареялары термиялық және химиялық тұрғыдан тұрақты, сондықтан олардың жарылу немесе өртену ықтималдығы аз. LFP никельге бай NMC жылуының алтыдан бір бөлігін шығарады. LFP батареяларында Co-O байланысы күштірек болғандықтан, қысқа тұйықталу немесе қызып кету кезінде оттегі атомдары баяу бөлінеді. Сонымен қатар, толық зарядталған ұяшықтарда литий қалмайды, бұл оларды басқа литий ұяшықтарында байқалатын экзотермиялық реакциялармен салыстырғанда оттегінің жоғалуына өте төзімді етеді.

★Кішкентай және жеңіл
LFP батареялары литий-марганец оксиді батареяларына қарағанда шамамен 50%-ға жеңіл. Олар қорғасын-қышқылды батареяларға қарағанда 70%-ға дейін жеңіл. Көлікте LiFePO4 батареясын пайдаланған кезде сіз аз отын тұтынасыз және маневр жасау мүмкіндігіңіз жоғары болады. Олар сондай-ақ шағын және ықшам, бұл сізге скутеріңізде, қайығыңызда, автокөлігіңізде немесе өнеркәсіптік қолданыста орын үнемдеуге мүмкіндік береді.

LiFePO4 батареялары және литий емес батареялар
Литий емес батареялардың бірқатар артықшылықтары бар, бірақ ескі технология қымбат және тиімділігі төмен болғандықтан, жаңа LiFePo4 батареяларының әлеуетін ескере отырып, орта мерзімді перспективада ауыстырылуы мүмкін.

☆Қорғасын-қышқыл батареялары
Қорғасын-қышқылды аккумуляторлар бастапқыда тиімді болып көрінуі мүмкін, бірақ ұзақ мерзімді перспективада олар қымбатырақ болады. Бұл оларға жиі техникалық қызмет көрсетуді және ауыстыруды қажет ететіндігіне байланысты. LiFePO4 аккумуляторы техникалық қызмет көрсетуді қажет етпей 2-4 есе ұзақ қызмет етеді.

☆Гельді батареялар
Гель батареялары, LiFePO4 батареялары сияқты, жиі зарядтауды қажет етпейді және сақталған кезде зарядын жоғалтпайды. Бірақ гель батареялары баяу зарядталады. Олардың бұзылуын болдырмау үшін оларды толық зарядталғаннан кейін бірден ажырату керек.

☆AGM батареялары
AGM батареяларының сыйымдылығы 50%-дан төмен болғанда зақымдану қаупі жоғары болса, LiFePO4 батареялары зақымдану қаупінсіз толығымен зарядсыздандырылуы мүмкін. Сонымен қатар, оларды жұмыс күйінде ұстап тұру қиын.

LiFePO4 батареяларына қолданылуы
LiFePO4 батареяларының көптеген құнды қолданыстары бар, соның ішінде

●Балық аулау қайықтары мен байдаркалар: Сіз суда көбірек уақыт өткізе аласыз, зарядтау уақыты аз және жұмыс уақыты ұзарады. Аз салмақ басқаруды жеңілдетеді және жоғары бәс тігетін балық аулау жарыстары кезінде жылдамдықты азайтады.

●Қозғалмалы скутерлер мен мопедтер: Сізді баяулататын ешқандай салмақ жоқ. Батареяны зақымдамай, кенеттен жүру үшін толық қуатынан төмен зарядтаңыз.

●Күн энергиясын пайдалану конфигурациялары: Күн энергиясын пайдалану үшін жеңіл LiFePO4 батареяларын өмір сізді қайда апарса да (тіпті тауға немесе электр желісінен тыс жерге) алып жүріңіз.

●Коммерциялық мақсатта пайдалану: Бұлар ең қауіпсіз және ең берік литий батареялары, сондықтан оларды еден машиналары, көтергіш қақпалар және т.б. сияқты өнеркәсіптік қолданбалар үшін өте қолайлы етеді.

Сонымен қатар, литий темір фосфаты батареялары фонарьлар, электронды темекілер, радио жабдықтары, апаттық жарықтандыру және басқа да көптеген құрылғыларды қуаттандырады.

Кең масштабты LFP енгізу мүмкіндіктері
LFP батареялары балама батареяларға қарағанда арзанырақ және тұрақтырақ болғанымен, энергия тығыздығы кеңінен қолдануға айтарлықтай кедергі болды. LFP батареяларының энергия тығыздығы әлдеқайда төмен, 15-тен 25%-ға дейін. Дегенмен, бұл Шанхайда жасалған Model 3-те қолданылатын сияқты қалың электродтарды пайдалану арқылы өзгеріп жатыр, оның энергия тығыздығы литріне 359 Вт/сағ құрайды.

LFP батареяларының ұзақ қызмет ету мерзіміне байланысты олардың сыйымдылығы салыстырмалы салмақтағы литий-ионды батареяларға қарағанда көбірек. Бұл дегеніміз, бұл батареялардың энергия тығыздығы уақыт өте келе ұқсас болады.

Жаппай енгізуге кедергі келтіретін тағы бір нәрсе - Қытайдың LFP патенттерінің көптігіне байланысты нарықта үстемдік етуі. Бұл патенттердің мерзімі аяқталған кезде, көлік өндірісі сияқты LFP өндірісі де жергілікті болады деген болжам бар.

Ford, Volkswagen және Tesla сияқты ірі автоөндірушілер никель немесе кобальт формулаларын ауыстыру арқылы технологияны барған сайын көбірек пайдалануда. Tesla компаниясының тоқсандық жаңартуындағы жақында жарияланған хабарландыруы тек бастамасы ғана. Tesla сонымен қатар энергия тығыздығы мен диапазоны жоғары болатын 4680 батарея блогының қысқаша жаңартуын ұсынды. Сондай-ақ, Tesla көбірек батареяларды конденсациялау және энергия тығыздығының төмендеуін қамтамасыз ету үшін «ұяшықтан қаптамаға» конструкциясын қолдануы мүмкін.

Жасына қарамастан,LFPжәне батарея құнының төмендеуі электромобильдерді жаппай енгізуді жеделдетуде шешуші рөл атқаруы мүмкін. 2023 жылға қарай литий-иондық бағалар кВт/сағ-қа 100 долларға жуық болады деп күтілуде. LFP-лер автоөндірушілерге тек бағадан гөрі ыңғайлылық немесе қайта зарядтау уақыты сияқты факторларға баса назар аударуға мүмкіндік береді.