LiFePO4-batteri

Teslas rapporter för tredje kvartalet 2021 tillkännagav en övergång till LiFePO4-batterier som den nya standarden i sina fordon. Men vad exakt är LiFePO4-batterier?

NEW YORK, NEW YORK, USA, 26 maj 2022 /EINPresswire.com / — Är de ett bättre alternativ till litiumjonbatterier? Hur skiljer sig dessa batterier från andra batterier?

Introduktion till LiFePO4-batterier

Ett litiumjärnfosfatbatteri (LFP) är ett litiumjonbatteri med snabbare laddnings- och urladdningshastigheter. Det är ett laddningsbart batteri med LiFePO4 som katod och en grafitkolelektrod med metallisk baksida som anod.

LiFePO4-batterier har en lägre energitäthet än litiumjonbatterier och lägre driftsspänningar. De har en låg urladdningshastighet med horisontella kurvor och är säkrare än litiumjonbatterier. Dessa batterier är även kända som litiumferrofosfatbatterier.

Uppfinningen av LiFePO4-batterier

LiFePO4-batterier uppfanns av John B. Goodenough och Arumugam Manthiram. De var bland de första som fastställde vilka material som används i litiumjonbatterier. Anodmaterial är inte idealiska för litiumjonbatterier på grund av deras tendens till omedelbar kortslutning.

Forskare har upptäckt att katodmaterial är bättre jämfört med katoder i litiumjonbatterier. Detta är särskilt märkbart i LiFePO4-batterivarianterna. De förbättrar stabilitet och konduktivitet samt förbättrar en mängd andra aspekter.

Numera finns LiFePO4-batterier överallt och har olika tillämpningar, inklusive användning i båtar, solsystem och fordon. LiFePO4-batterier är koboltfria och billigare än de flesta alternativ. De är giftfria och har en längre hållbarhet.

LFP-batterispecifikationer -

Funktionen hos batterihanteringssystem i LFP-batterier

LFP-batterier består av mer än bara anslutna celler; de har ett system som säkerställer att batteriet håller sig inom säkra gränser. Ett batterihanteringssystem (BMS) skyddar, styr och övervakar batteriet under driftsförhållanden för att garantera säkerhet och förlänga batteriets livslängd.

Funktionen hos batterihanteringssystem i LFP-batterier -

Trots att litiumjärnfosfatceller är mer toleranta är de ändå benägna att överspänningas under laddning, vilket minskar prestandan. Materialet som används i katoden kan potentiellt försämras och förlora sin stabilitet. BMS reglerar varje cells utgång och säkerställer att batteriets maximala spänning bibehålls.

Allt eftersom elektrodmaterialen försämras blir underspänning ett allvarligt problem. Om någon cells spänning sjunker under ett visst tröskelvärde kopplar BMS bort batteriet från kretsen. Den fungerar också som en backspärr vid överström och stänger av driften vid kortslutning.

LiFePO4-batterier kontra litiumjonbatterier

LiFePO4-batterier är inte lämpliga för bärbara enheter som klockor. De har en lägre energitäthet än andra litiumbatterier. De är dock bäst lämpade för solenergisystem, husbilar, golfbilar, basbåtar och elmotorcyklar.

★En av de största fördelarna med dessa batterier är deras livslängd.

Dessa batterier kan hålla över 4 gånger längre än andra. De är säkrare och kan nå upp till 100 % urladdningsdjup, vilket innebär att de kan användas under en längre tid.

Nedan följer ytterligare skäl till varför dessa batterier är ett bättre alternativ till litiumjonbatterier.

★Låg kostnad

LFP-batterier består av järn och fosfor, som utvinns i enorm skala, och är billiga. Kostnaden för LFP-batterier uppskattas vara så mycket som 70 procent lägre per kg än nickelrika NMC-batterier. Dess kemiska sammansättning ger en kostnadsfördel. De lägsta rapporterade cellpriserna för LFP-batterier sjönk under 100 dollar/kWh för första gången 2020.

★Liten miljöpåverkan
LFP-batterier innehåller inte nickel eller kobolt, vilka är dyra och har stor miljöpåverkan. Dessa batterier är laddningsbara vilket visar deras miljövänlighet.

★Förbättrad effektivitet och prestanda
LFP-batterier är kända för sin långa livscykel, vilket gör dem till ett populärt val för tillämpningar som kräver pålitlig och jämn effekt över tid. Dessa batterier upplever långsammare kapacitetsförluster än andra litiumjonbatterier, vilket bidrar till att bevara deras prestanda på lång sikt. Dessutom har de en lägre driftsspänning, vilket resulterar i mindre internt motstånd och snabbare laddnings-/urladdningshastigheter.

★Ökad säkerhet och stabilitet
LFP-batterier är termiskt och kemiskt stabila, vilket gör att de är mindre benägna att explodera eller fatta eld. LFP producerar en sjättedel så mycket värme som nickelrik NMC. Eftersom Co-O-bindningen är starkare i LFP-batterier frigörs syreatomer långsammare om de kortsluts eller överhettas. Dessutom finns inget litium kvar i fulladdade celler, vilket gör dem mycket motståndskraftiga mot syreförlust jämfört med de exoterma reaktioner som ses i andra litiumceller.

★Liten och lätt
LFP-batterier är nästan 50 % lättare än litiummanganoxidbatterier. De är upp till 70 % lättare än blybatterier. När du använder ett LiFePO4-batteri i ett fordon förbrukar du mindre bensin och har mer manövrerbarhet. De är också små och kompakta, vilket gör att du sparar utrymme på din skoter, båt, husbil eller industriella applikation.

LiFePO4-batterier jämfört med icke-litiumbatterier
Icke-litiumbatterier har ett antal fördelar men kommer sannolikt att ersättas på medellång sikt med tanke på potentialen hos de nya LiFePo4-batterierna eftersom äldre teknik är dyr och mindre effektiv.

☆Blybatterier
Blybatterier kan verka kostnadseffektiva till en början, men de blir dyrare i längden. Detta beror på att de kräver mer frekvent underhåll och utbyte. Ett LiFePO4-batteri håller 2–4 gånger längre utan att det krävs något underhåll.

☆Gelbatterier
Gelbatterier, liksom LiFePO4-batterier, kräver inte frekvent laddning och förlorar inte laddning under förvaring. Gelbatterier laddas däremot långsammare. De måste kopplas bort så snart de är fulladdade för att undvika att de förstörs.

☆AGM-batterier
Medan AGM-batterier löper hög risk att skadas vid under 50 % kapacitet, kan LiFePO4-batterier urladdas helt utan risk för skador. Det är också svårt att underhålla dem.

Användningsområden för LiFePO4-batterier
LiFePO4-batterier har många värdefulla användningsområden, inklusive

● Fiskebåtar och kajaker: Du kan spendera mer tid på vattnet med kortare laddningstid och längre drifttid. Lägre vikt ger enklare hantering och ett farthinder under fisketävlingar med höga insatser.

●Rörlighetsskotrar och mopeder: Det finns ingen egenvikt som saktar ner dig. Ladda batteriet till mindre än full kapacitet för spontana resor utan att skada det.

● Solcellskonfigurationer: Bär med dig lätta LiFePO4-batterier vart du än tar dig (till och med upp på ett berg eller utanför elnätet) för att utnyttja solens energi.

●Kommersiell användning: Dessa är de säkraste och tåligaste litiumbatterierna, vilket gör dem idealiska för industriella tillämpningar som golvmaskiner, bakluckor med mera.

Dessutom driver litiumjärnfosfatbatterier många andra enheter som ficklampor, elektroniska cigaretter, radioutrustning, nödbelysning och andra föremål.

Möjligheter för implementering av storskalig LFP
Även om LFP-batterier är billigare och mer stabila än alternativ, har energitätheten varit ett betydande hinder för en bred användning. LFP-batterier har en mycket lägre energitäthet, mellan 15 och 25 %. Detta håller dock på att förändras med hjälp av tjockare elektroder som de som används i den Shanghai-tillverkade Model 3, som har en energitäthet på 359 Wh/liter.

På grund av LFP-batteriers långa livscykel har de större kapacitet än litiumjonbatterier med jämförbar vikt. Det innebär att energitätheten hos dessa batterier kommer att bli mer likartad med tiden.

Ett annat hinder för massanvändning är att Kina har dominerat marknaden på grund av mängden LFP-patent. När dessa patent löper ut spekuleras det i att LFP-produktion, liksom fordonstillverkning, kommer att ske lokalt.

Stora biltillverkare som Ford, Volkswagen och Tesla använder i allt högre grad tekniken genom att ersätta nickel- eller koboltformuleringar. Teslas senaste tillkännagivande i sin kvartalsuppdatering är bara början. Tesla gav också en kort uppdatering om sitt 4680-batteripaket, som kommer att ha högre energitäthet och räckvidd. Det är också möjligt att Tesla kommer att använda "cell-to-pack"-konstruktion för att kondensera fler celler och hantera lägre energitäthet.

Trots sin ålder,LFPoch minskningen av batterikostnader kan vara avgörande för att påskynda den massiva användningen av elbilar. År 2023 förväntas litiumjonpriserna ligga nära 100 dollar/kWh. Litiumjonbatterier (LFP) kan göra det möjligt för biltillverkare att betona faktorer som bekvämlighet eller laddningstid snarare än bara pris.