סוללת LiFePO4

דוחות הרבעון השלישי של 2021 של טסלה הכריזו על מעבר לסוללות LiFePO4 כסטנדרט החדש ברכביה. אבל מהן בעצם סוללות LiFePO4?

ניו יורק, ניו יורק, ארה"ב, 26 במאי 2022 /EINPresswire.com / — האם הן אלטרנטיבה טובה יותר לסוללות ליתיום-יון? במה סוללות אלו שונות מסוללות אחרות?

מבוא לסוללות LiFePO4

סוללת ליתיום ברזל פוספט (LFP) היא סוללת ליתיום-יון עם קצב טעינה ופריקה מהירים יותר. זוהי סוללה נטענת עם LiFePO4 כקתודה ואלקטרודת פחמן גרפיטית עם גב מתכתי כאנודה.

לסוללות LiFePO4 יש צפיפות אנרגיה נמוכה יותר מאשר סוללות ליתיום-יון ומתחי פעולה נמוכים יותר. יש להן קצב פריקה נמוך עם עקומות אופקיות והן בטוחות יותר מסוללות ליתיום-יון. סוללות אלו ידועות גם כסוללות ליתיום פרופוספט.

המצאת סוללות LiFePO4

סוללות LiFePO4 הומצאו על ידי ג'ון ב. גודנוף וארומוגם מנתירם. הם היו בין הראשונים לקבוע את החומרים המשמשים בסוללות ליתיום-יון. חומרי אנודה אינם אידיאליים עבור סוללות ליתיום-יון בשל נטייתן לקצר חשמלי מיידי.

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

כיום, סוללות LiFePO4 נמצאות בכל מקום ויש להן יישומים מגוונים, כולל שימוש בסירות, מערכות סולאריות וכלי רכב. סוללות LiFePO4 הן ללא קובלט וזולות יותר מרוב האלטרנטיבות. הן אינן רעילות ובעלות חיי מדף ארוכים יותר.

מפרט סוללות LFP -

תפקוד מערכות ניהול סוללות בסוללות LFP

סוללות LFP מורכבות יותר מתאים מחוברים בלבד; יש להן מערכת שמבטיחה שהסוללה תישאר בגבולות בטוחים. מערכת ניהול סוללות (BMS) מגנה, שולטת ומנטרת את הסוללה בתנאי הפעלה כדי להבטיח אבטחה ולהאריך את חיי הסוללה.

תפקידן של מערכות ניהול סוללות בסוללות LFP -

למרות העובדה שתאי ליתיום ברזל פוספט עמידים יותר, הם עדיין נוטים למתח יתר במהלך הטעינה, מה שמפחית את הביצועים. החומר המשמש לקתודה עלול להתבלות ולאבד את יציבותו. מערכת ה-BMS מווסתת את תפוקת כל תא ומבטיחה שהמתח המרבי של הסוללה יישמר.

ככל שחומרי האלקטרודה מתכלים, תת-מתח הופך לדאגה חמורה. אם המתח של תא כלשהו יורד מתחת לסף מוגדר, מערכת ה-BMS מנתקת את הסוללה מהמעגל. היא משמשת גם כמעצור גיבוי במצב זרם יתר ומכבה את פעולתה במהלך קצר חשמלי.

סוללות LiFePO4 לעומת סוללות ליתיום-יון

סוללות LiFePO4 אינן מתאימות למכשירים לבישים כמו שעונים. צפיפות האנרגיה שלהן נמוכה יותר מכל סוללות ליתיום אחרות. עם זאת, הן הטובות ביותר עבור מערכות אנרגיה סולארית, קרוואנים, עגלות גולף, סירות בס ואופנועים חשמליים.

★אחד היתרונות העיקריים של סוללות אלו הוא אורך החיים שלהן.

סוללות אלו יכולות להחזיק מעמד פי 4 יותר מאחרות. הן בטוחות יותר ויכולות להגיע לעומק פריקה של עד 100%, מה שאומר שניתן להשתמש בהן לתקופה ממושכת יותר.

להלן סיבות נוספות מדוע סוללות אלו הן אלטרנטיבה טובה יותר לסוללות ליתיום-יון.

★עלות נמוכה

סוללות LFP מורכבות מברזל וזרחן, הנכרים בקנה מידה עצום, והן זולות. עלותן של סוללות LFP מוערכת בכ-70 אחוז נמוכה יותר לק"ג מסוללות NMC עשירות בניקל. ההרכב הכימי שלהן מספק יתרון עלויות. מחירי התאים הנמוכים ביותר שדווחו עבור סוללות LFP ירדו מתחת ל-100 דולר לקוט"ש בפעם הראשונה בשנת 2020.

★השפעה סביבתית קטנה
סוללות LFP אינן מכילות ניקל או קובלט, שהם יקרים ובעלי השפעה סביבתית גדולה. סוללות אלו נטענות, דבר המעיד על ידידותיותן לסביבה.

★יעילות וביצועים משופרים
סוללות LFP ידועות במחזור החיים הארוך שלהן, מה שהופך אותן לבחירה פופולרית עבור יישומים הדורשים תפוקת חשמל אמינה ועקבית לאורך זמן. סוללות אלו חוות קצב אובדן קיבולת איטי יותר מאשר סוללות ליתיום-יון אחרות, מה שעוזר לשמר את ביצועיהן לטווח ארוך. בנוסף, יש להן מתח הפעלה נמוך יותר, וכתוצאה מכך התנגדות פנימית נמוכה יותר ומהירויות טעינה/פריקה מהירות יותר.

★בטיחות ויציבות משופרות
סוללות LFP יציבות מבחינה תרמית וכימית, ולכן הן פחות נוטות להתפוצץ או להתלקח. LFP מייצרת שישית מהחום של NMC עשיר בניקל. מכיוון שקשר 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 אותן לעמידות מאוד לאובדן חמצן בהשוואה לתגובות אקסותרמיות הנראות בתאי ליתיום אחרים.

★קטן וקל משקל
סוללות LFP קלות כמעט ב-50% מסוללות ליתיום-מנגן-אוקסיד. הן קלות עד 70% מסוללות עופרת-חומצה. כאשר משתמשים בסוללת LiFePO4 ברכב, צורכים פחות דלק ויש להם יכולת תמרון טובה יותר. הן גם קטנות וקומפקטיות, מה שמאפשר לכם לחסוך מקום בקטנוע, בסירה, בקרוואן או ביישום תעשייתי.

סוללות LiFePO4 לעומת סוללות שאינן ליתיום
לסוללות שאינן ליתיום יש מספר יתרונות, אך סביר להניח שהן יוחלפו בטווח הבינוני לאור הפוטנציאל של סוללות LiFePo4 החדשות, שכן טכנולוגיה ישנה יותר יקרה ופחות יעילה.

☆סוללות עופרת חומצה
סוללות עופרת-חומצה עשויות להיראות בהתחלה חסכוניות, אך בסופו של דבר הן יקרות יותר בטווח הארוך. זאת בשל העובדה שהן דורשות תחזוקה והחלפה תכופות יותר. סוללת LiFePO4 תחזיק מעמד פי 2-4 יותר זמן ללא צורך בתחזוקה.

☆סוללות ג'ל
סוללות ג'ל, כמו סוללות LiFePO4, אינן דורשות טעינה תכופה ואינן מאבדות מטען בזמן אחסון. אולם סוללות ג'ל נטענות בקצב איטי יותר. יש לנתק אותן מיד לאחר טעינה מלאה כדי למנוע הרס.

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

יישומים עבור סוללות LiFePO4
לסוללות LiFePO4 יישומים רבים וחשובים, כולל

● סירות דיג וקיאקים: תוכלו לבלות יותר זמן על המים עם פחות זמן טעינה וזמן ריצה ארוך יותר. משקל נמוך יותר מספק טיפול קל יותר ומקל על מהירות במהלך תחרויות דיג בעלות סיכון גבוה.

●קורקינטים וקטנועים ניידים: אין משקל עצמי שיאט אתכם. טען את הסוללה עד לקיבולת נמוכה ממלואה לנסיעות ספונטניות מבלי לפגוע בה.

● תצורות סולאריות: נשאו סוללות LiFePO4 קלות משקל לכל מקום שאליו החיים לוקחים אתכם (אפילו במעלה ההר או מחוץ לרשת החשמל) כדי לרתום את אנרגיית השמש.

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

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

אפשרויות ליישום LFP בקנה מידה רחב
בעוד שסוללות LFP זולות ויציבות יותר מחלופות, צפיפות האנרגיה היוותה מחסום משמעותי לאימוץ נרחב. לסוללות LFP צפיפות אנרגיה נמוכה בהרבה, הנעה בין 15 ל-25%. עם זאת, מצב זה משתנה באמצעות אלקטרודות עבות יותר כמו אלו המשמשות במודל 3 מתוצרת שנגחאי, בעלת צפיפות אנרגיה של 359 וואט-שעה לליטר.

בשל מחזור החיים הארוך של סוללות LFP, יש להן קיבולת גדולה יותר מסוללות ליתיום-יון בעלות משקל דומה. משמעות הדבר היא שצפיפות האנרגיה של סוללות אלו תהפוך דומה יותר עם הזמן.

מחסום נוסף לאימוץ המוני הוא שסין שלטה בשוק בגלל שלל הפטנטים על LFP. ככל שפטנטים אלה יפוגו, ישנן ספקולציות שייצור LFP, כמו ייצור כלי רכב, יהיה מקומי.

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

למרות גילו,LFPוהפחתת עלויות הסוללות עשויה להיות קריטית בהאצת אימוץ המוני של כלי רכב חשמליים. עד 2023, מחירי ליתיום-יון צפויים להיות קרובים ל-100 דולר לקוט"ש. סוללות ליתיום-יון (LFP) עשויות לאפשר ליצרני רכב להדגיש גורמים כמו נוחות או זמן טעינה ולא רק מחיר.