סוללת LiFePO4

דוחות הרבעון השלישי של טסלה לשנת 2021 הכריזו על מעבר לסוללות LiFePO4 כסטנדרט החדש בכלי הרכב שלה.אבל מהן בעצם סוללות LiFePO4?

ניו יורק, ניו יורק, ארה"ב, 26 במאי 2022 /EINPresswire.com / — האם הם אלטרנטיבה טובה יותר לסוללות Li-Ion?במה גורמים לסוללות אלו להיות שונות מסוללות אחרות?

מבוא לסוללות LiFePO4

סוללת ליתיום ברזל פוספט (LFP) היא סוללת ליתיום-יון עם קצבי טעינה ופריקה מהירים יותר.זוהי סוללה נטענת עם LiFePO4 כקתודה ואלקטרודת פחמן גרפית עם גיבוי מתכתי בתור האנודה.

לסוללות LiFePO4 יש צפיפות אנרגיה נמוכה יותר מאשר לסוללות ליתיום-יון ומתחי הפעלה נמוכים יותר.יש להם קצב פריקה נמוך עם עקומות אופקיות והם בטוחים יותר מאשר Li-ion.סוללות אלו ידועות גם כסוללות ליתיום פרופוספט.

המצאת סוללות LiFePO4

סוללות LiFePO4 הומצאו על ידי John B. Goodenough ו-Arumugam Manthiram.הם היו בין הראשונים שקבעו את החומרים המשמשים בסוללות ליתיום-יון.חומרי האנודה אינם אידיאליים עבור סוללות ליתיום-יון בשל נטייתם לקצר מיידי.

מדענים גילו שחומרי הקתודה טובים יותר בהשוואה לקתודות של סוללת ליתיום-יון.זה בולט במיוחד בגרסאות הסוללה LiFePO4.הם משפרים את היציבות והמוליכות ומשפרים מגוון היבטים אחרים.

כיום, סוללות LiFePO4 נמצאות בכל מקום ויש להן יישומים שונים, כולל שימוש בסירות, מערכות סולאריות וכלי רכב.סוללות LiFePO4 הן נטולות קובלט ופחות יקרות מרוב האלטרנטיבות.הוא אינו רעיל וחיי מדף ארוכים יותר.

מפרטי סוללה LFP -

התפקוד של מערכות ניהול סוללות בסוללות LFP

סוללות LFP מורכבות מיותר מסתם תאים מחוברים;יש להם מערכת שמבטיחה שהסוללה תישאר בגבולות בטוחים.מערכת ניהול סוללה (BMS) שומרת, שולטת ומנטרת את הסוללה בתנאי הפעלה כדי להבטיח אבטחה והארכת חיי הסוללה.

הפונקציה של מערכות ניהול סוללות בסוללות LFP -

למרות העובדה שתאי ליתיום ברזל פוספט סובלניים יותר, הם בכל זאת נוטים למתח יתר במהלך הטעינה, מה שמפחית את הביצועים.החומר המשמש לקתודה עלול להידרדר ולאבד את יציבותו.ה-BMS מווסת את הפלט של כל תא ומבטיח שמירה על המתח המרבי של הסוללה.

כאשר חומרי האלקטרודה מתכלים, תת-מתח הופך לדאגה חמורה.אם המתח של תא כלשהו יורד מתחת לסף מוגדר, ה-BMS מנתק את הסוללה מהמעגל.הוא משמש גם כמעצור בתנאי זרם יתר וישבית את פעולתו במהלך קצר חשמלי.

סוללות LiFePO4 לעומת סוללות ליתיום-יון

סוללות LiFePO4 אינן מתאימות למכשירים לבישים כגון שעונים.הם נמצאים תחת צפיפות אנרגיה נמוכה יותר מכל סוללות ליתיום אחרות.עם זאת, הם הדבר הטוב ביותר עבור מערכות אנרגיה סולארית, קרוואנים, עגלות גולף, סירות בס ואופנועים חשמליים.

★אחד היתרונות העיקריים של סוללות אלו הוא חיי המחזור שלהן.

סוללות אלו יכולות להחזיק יותר מפי 4 מאחרות.הם בטוחים יותר ויכולים להגיע לעומק של עד 100%, מה שאומר שניתן להשתמש בהם לתקופה ממושכת יותר.

להלן סיבות נוספות מדוע סוללות אלו מהוות חלופה טובה יותר לסוללות Li-ion.

★ עלות נמוכה

סוללות LFP מורכבות מברזל וזרחן, נכרות בקנה מידה עצום והן זולות.העלות של סוללות LFP מוערכת כנמוכה ב-70 אחוז לק"ג מאשר סוללות NMC עשירות בניקל.ההרכב הכימי שלו מספק יתרון בעלויות.מחירי התאים הנמוכים ביותר המדווחים עבור סוללות LFP ירדו מתחת ל-100 דולר לקוט"ש לראשונה בשנת 2020.

★ השפעה סביבתית קטנה
סוללות LFP אינן מכילות ניקל או קובלט, שהן יקרות ובעלות השפעה סביבתית גדולה.סוללות אלו נטענות מה שמראה את הידידותיות לסביבה שלהן.

★ יעילות וביצועים משופרים
סוללות LFP ידועות במחזור החיים הארוך שלהן, מה שהופך אותן לבחירה פופולרית עבור יישומים הדורשים תפוקת כוח אמינה ועקבית לאורך זמן.סוללות אלו חוות שיעורי אובדן קיבולת איטיים יותר מאשר סוללות ליתיום-יון אחרות, מה שעוזר לשמר את הביצועים שלהן לטווח ארוך.בנוסף, יש להם מתח פעולה נמוך יותר, וכתוצאה מכך פחות התנגדות פנימית ומהירויות טעינה/פריקה מהירות יותר.

★ בטיחות ויציבות משופרים
סוללות LFP הן יציבות מבחינה תרמית וכימית, ומכאן שהן נוטות פחות להתפוצץ או להתלקח.LFP מייצרת שישית מהחום של NMC עתירת ניקל.מכיוון שקשר ה-Co-O חזק יותר בסוללות LFP, אטומי חמצן משתחררים לאט יותר אם הם קצרים או מתחממים יתר על המידה.יתר על כן, לא נשאר ליתיום בתאים טעונים במלואם, מה שהופך אותם לעמידות גבוהה בפני אובדן חמצן בהשוואה לתגובות האקזותרמיות הנראות בתאי ליתיום אחרים.

★ קטן וקל משקל
סוללות LFP קלות יותר בכמעט 50% מסוללות ליתיום מנגן אוקסיד.הם קלים עד 70% מסוללות עופרת.כאשר אתה משתמש בסוללת LiFePO4 ברכב, אתה משתמש בפחות גז ויש לך יותר יכולת תמרון.הם גם קטנים וקומפקטיים, ומאפשרים לך לחסוך מקום על הקטנוע, הסירה, הקרוואן או היישום התעשייתי שלך.

סוללות LiFePO4 לעומת סוללות שאינן ליתיום
לסוללות שאינן ליתיום יש מספר יתרונות אך צפויות להיות מוחלפות באמצע הטווח בהתחשב בפוטנציאל של סוללות ה-LiFePo4 החדשות מכיוון שהטכנולוגיה הישנה יותר יקרה ופחות יעילה.

☆ סוללות עופרת
סוללות עופרת עשויות להיראות חסכוניות בהתחלה, אך בסופו של דבר הן יקרות יותר בטווח הארוך.זאת בשל העובדה שהם דורשים תחזוקה והחלפה תכופים יותר.סוללת LiFePO4 תחזיק פי 2-4 יותר ללא צורך בתחזוקה.

☆סוללות ג'ל
סוללות ג'ל, כמו סוללות LiFePO4, אינן דורשות טעינה תכופה ואינן מאבדות טעינה בזמן האחסון.אבל סוללות ג'ל נטענות בקצב איטי יותר.יש לנתק אותם ברגע שהם טעונים במלואם כדי למנוע הרס.

☆ סוללות AGM
בעוד שסוללות AGM נמצאות בסיכון גבוה להינזק מתחת לקיבולת של 50%, ניתן לפרוק סוללות LiFePO4 לחלוטין ללא כל סיכון לנזק.כמו כן, קשה לשמור עליהם.

יישומים עבור סוללות LiFePO4
לסוללות LiFePO4 יש יישומים יקרי ערך רבים, כולל

●סירות דייג וקיאקים: אתה יכול לבלות יותר זמן על המים עם פחות זמן טעינה וזמן ריצה ארוך יותר.משקל נמוך יותר מספק טיפול קל יותר וחבטת מהירות במהלך תחרויות דיג עם הימור גבוה.

● קטנועים וטוסטוסים ניידים: אין משקל עצמי שיאט אותך.טען את הסוללה לקיבולת פחותה ממלא לנסיעות ספונטניות מבלי לפגוע בה.

● תצורות סולאריות: נשא סוללות LiFePO4 קלות משקל לכל מקום שהחיים לוקחים אותך (אפילו במעלה הר או מחוץ לרשת) כדי לרתום את כוח השמש.

● שימוש מסחרי: אלו הן סוללות הליתיום הבטוחות והקשוחות ביותר, מה שהופך אותן לאידיאליות עבור יישומים תעשייתיים כגון מכונות רצפה, דלתות מעלה ועוד.

יתר על כן, סוללות ליתיום ברזל פוספט מניעות מכשירים רבים אחרים כגון פנסים, סיגריות אלקטרוניות, ציוד רדיו, תאורת חירום ופריטים אחרים.

אפשרויות ליישום LFP בקנה מידה רחב
בעוד שסוללות LFP הן זולות יותר ויציבות יותר מאלטרנטיבות, צפיפות האנרגיה היוותה מחסום משמעותי לאימוץ נרחב.לסוללות LFP יש צפיפות אנרגיה נמוכה בהרבה, הנעה בין 15 ל-25%.עם זאת, זה משתנה באמצעות אלקטרודות עבות יותר כמו אלו המשמשות בדגם 3 מתוצרת שנגחאי, בעל צפיפות אנרגיה של 359Wh/ליטר.

בשל מחזור החיים הארוך של סוללות LFP, יש להן יותר קיבולת מאשר סוללות Li-ion במשקל דומה.המשמעות היא שצפיפות האנרגיה של סוללות אלו תהפוך דומה יותר עם הזמן.

מחסום נוסף לאימוץ המוני הוא שסין שלטה בשוק בגלל שלל הפטנטים של LFP.עם פקיעת תוקף הפטנטים הללו, יש ספקולציות שייצור LFP, כמו ייצור כלי רכב, יהיה מקומי.

יצרניות רכב גדולות כמו פורד, פולקסווגן וטסלה משתמשות יותר ויותר בטכנולוגיה על ידי החלפת ניסוחי ניקל או קובלט.ההכרזה האחרונה של טסלה בעדכון הרבעוני שלה היא רק ההתחלה.טסלה סיפקה גם עדכון קצר על ערכת הסוללות 4680 שלה, שתהיה לה צפיפות וטווח אנרגיה גבוהים יותר.ייתכן גם שטסלה תשתמש במבנה "תא לאריזה" כדי לעבות יותר תאים ולהתאים לצפיפות אנרגיה נמוכה יותר.

למרות גילו,LFPוההפחתה בעלויות הסוללה עשויה להיות קריטית בהאצת אימוץ EV המוני.עד 2023, מחירי הליתיום-יון צפויים להיות קרוב ל-100 דולר לקוט"ש.LFPs עשויים לאפשר ליצרניות רכב להדגיש גורמים כמו נוחות או זמן טעינה במקום רק מחיר.