أعلن تقرير Tesla 2021 Q3 عن الانتقال إلى بطاريات LiFePO4 كمعيار جديد في سياراتها.ولكن ما هي بالضبط بطاريات LiFePO4؟
نيويورك ، نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية ، 26 مايو 2022 / EINPresswire.com/ - هل هي بديل أفضل لبطاريات Li-Ion؟كيف تختلف هذه البطاريات عن البطاريات الأخرى؟
مقدمة عن بطاريات LiFePO4
بطارية فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) هي بطارية ليثيوم أيون ذات معدلات شحن وتفريغ أسرع.إنها بطارية قابلة لإعادة الشحن مع LiFePO4 ككاثود وقطب كربون جرافيتي مع دعم معدني مثل الأنود.
تتميز بطاريات LiFePO4 بكثافة طاقة أقل من بطاريات الليثيوم أيون وبجهد تشغيل أقل.لديهم معدل تفريغ منخفض مع منحنيات مسطحة وأكثر أمانًا من Li-ion.تُعرف هذه البطاريات أيضًا باسم بطاريات الليثيوم الفوسفاتية.
اختراع بطاريات LiFePO4
بطاريات LiFePO4اخترعها John B. Goodenough و Arumugam Manthiram.كانوا من بين أول من حدد المواد المستخدمة في بطاريات الليثيوم أيون.مواد الأنود ليست مثالية لبطاريات الليثيوم أيون بسبب ميلها إلى قصر الدائرة في وقت مبكر.
وجد العلماء أن مواد الكاثود أفضل مقارنة بكاثودات بطارية ليثيوم أيون.هذا ملحوظ بشكل خاص في متغيرات بطارية LiFePO4.إنها تعزز الاستقرار والتوصيل وتحسن مجموعة متنوعة من الجوانب الأخرى.
في هذه الأيام ، توجد بطاريات LiFePO4 في كل مكان ولها تطبيقات مختلفة ، بما في ذلك استخدامها في القوارب وأنظمة الطاقة الشمسية والمركبات.بطاريات LiFePO4 خالية من الكوبالت وأقل تكلفة من معظم البدائل.إنه غير سام وله عمر افتراضي أطول.
وظيفة أنظمة إدارة البطارية في بطاريات LFP
تتكون بطاريات LFP من أكثر من مجرد خلايا متصلة ؛لديهم نظام يضمن بقاء البطارية ضمن حدود آمنة.يعمل نظام إدارة البطارية (BMS) على حماية البطارية والتحكم فيها ومراقبتها في ظل ظروف التشغيل لضمان السلامة وإطالة عمر البطارية.
وظيفة أنظمة إدارة البطارية في بطاريات LFP
على الرغم من حقيقة أن خلايا فوسفات الحديد الليثيوم أكثر تحملاً ، إلا أنها مع ذلك عرضة للجهد الزائد أثناء الشحن ، مما يقلل من الأداء.من المحتمل أن تتدهور المواد المستخدمة في الكاثود وتفقد ثباتها.ينظم نظام إدارة المباني (BMS) إخراج كل خلية ويضمن الحفاظ على أقصى جهد للبطارية.
عندما تتحلل مواد الإلكترود ، يصبح الجهد المنخفض مصدر قلق شديد.إذا انخفض جهد أي خلية عن عتبة معينة ، يقوم نظام إدارة المباني بفصل البطارية عن الدائرة.كما أنه بمثابة دعامة في حالة زيادة التيار وسيغلق تشغيله أثناء ماس كهربائى.
بطاريات LiFePO4 مقابل بطاريات ليثيوم أيون
بطاريات LiFePO4 ليست مناسبة للأجهزة القابلة للارتداء مثل الساعات.لديهم كثافة طاقة أقل من أي بطاريات ليثيوم أخرى.ومع ذلك ، فهي الأفضل لأنظمة الطاقة الشمسية ، وعربات RVs ، وعربات الجولف ، وقوارب الباص ، والدراجات النارية الكهربائية.
إحدى المزايا الرئيسية لهذه البطاريات هي دورة حياتها.
يمكن أن تدوم هذه البطاريات أكثر من 4 مرات أطول من البطاريات الأخرى.إنها أكثر أمانًا ويمكن أن تصل إلى عمق تصريف يصل إلى 100٪ ، مما يعني أنه يمكن استخدامها لفترة أطول.
فيما يلي أسباب أخرى تجعل هذه البطاريات بديلاً أفضل لبطاريات Li-ion.
منخفض الكلفة
بطاريات LFP مصنوعة من الحديد والفوسفور ، ويتم تعدينها على نطاق واسع ، وهي رخيصة الثمن.تقدر تكلفة بطاريات LFP بنسبة 70 في المائة أقل لكل كيلوغرام من بطاريات NMC الغنية بالنيكل.يوفر التركيب الكيميائي لها ميزة التكلفة.انخفضت أدنى أسعار الخلايا المبلغ عنها لبطاريات LFP إلى أقل من 100 دولار / كيلوواط ساعة لأول مرة في عام 2020.
تأثير بيئي صغير
لا تحتوي بطاريات LFP على النيكل أو الكوبالت ، وهي غالية الثمن ولها تأثير بيئي كبير.هذه البطاريات قابلة لإعادة الشحن مما يدل على أنها صديقة للبيئة.
تحسين الكفاءة والأداء
تشتهر بطاريات LFP بدورة حياتها الطويلة ، مما يجعلها خيارًا شائعًا للتطبيقات التي تتطلب خرج طاقة موثوقًا ومتسقًا بمرور الوقت.تعاني هذه البطاريات من معدلات فقدان سعة أبطأ من بطاريات الليثيوم أيون الأخرى ، مما يساعد على الحفاظ على أدائها على المدى الطويل.بالإضافة إلى ذلك ، لديهم جهد تشغيل أقل ، مما يؤدي إلى مقاومة داخلية أقل وسرعات شحن / تفريغ أسرع.
تعزيز السلامة والاستقرار
بطاريات LFP مستقرة حرارياً وكيميائياً ، وبالتالي فهي أقل عرضة للانفجار أو الاشتعال.تنتج LFP سدس حرارة NMC الغنية بالنيكل.نظرًا لأن رابطة Co-O أقوى في بطاريات LFP ، يتم إطلاق ذرات الأكسجين بشكل أبطأ في حالة قصر الدائرة أو ارتفاع درجة الحرارة.علاوة على ذلك ، لا يبقى الليثيوم في الخلايا المشحونة بالكامل ، مما يجعلها شديدة المقاومة لفقدان الأكسجين مقارنة بالتفاعلات الطاردة للحرارة التي تظهر في خلايا الليثيوم الأخرى.
صغير وخفيف الوزن
بطاريات LFP أخف بنسبة 50٪ تقريبًا من بطاريات أكسيد المنغنيز الليثيوم.إنها أخف بنسبة تصل إلى 70٪ من بطاريات الرصاص الحمضية.عندما تستخدم بطارية LiFePO4 في السيارة ، فإنك تستخدم كمية أقل من الغاز ولديك قدرة أكبر على المناورة.كما أنها صغيرة ومضغوطة ، مما يتيح لك توفير مساحة على السكوتر أو القارب أو عربة سكن متنقلة أو التطبيق الصناعي.
بطاريات LiFePO4 مقابل بطاريات غير الليثيوم
تتمتع البطاريات غير الليثيوم بعدد من المزايا ولكن من المحتمل أن يتم استبدالها في منتصف المدة نظرًا لإمكانية بطاريات LiFePo4 الجديدة نظرًا لأن التكنولوجيا القديمة باهظة الثمن وأقل كفاءة.
بطاريات الرصاص الحمضية
قد تبدو بطاريات الرصاص الحمضية فعالة من حيث التكلفة في البداية ، لكنها في نهاية المطاف تكون أكثر تكلفة على المدى الطويل.هذا يرجع إلى حقيقة أنها تتطلب المزيد من الصيانة والاستبدال المتكرر.تدوم بطارية LiFePO4 2-4 مرات أكثر دون الحاجة إلى صيانة.
بطاريات جل
لا تتطلب بطاريات الجل ، مثل بطاريات LiFePO4 ، إعادة الشحن بشكل متكرر ولا تفقد الشحن أثناء تخزينها.لكن بطاريات الهلام تشحن بمعدل أبطأ.يجب فصلها بمجرد شحنها بالكامل لتجنب التدمير.
بطاريات AGM
في حين أن بطاريات AGM معرضة لخطر كبير للتلف أقل من 50 ٪ من سعتها ، يمكن تفريغ بطاريات LiFePO4 بالكامل دون أي خطر حدوث تلف.أيضا ، من الصعب مواكبة ذلك.
طلبات الحصول على بطاريات LiFePO4
تحتوي بطاريات LiFePO4 على العديد من التطبيقات القيمة ، بما في ذلك
قوارب الصيد وزوارق الكاياك: يمكنك قضاء المزيد من الوقت على الماء مع وقت شحن أقل ووقت تشغيل أطول.يوفر الوزن الأقل سهولة في التعامل مع مطبات السرعة أثناء منافسات الصيد عالية المخاطر.
الدراجات البخارية والدراجات البخارية القابلة للتنقل: لا يوجد وزن كبير يبطئ من سرعتك.اشحن بطاريتك إلى أقل من طاقتها الكاملة للقيام برحلات تلقائية دون إتلافها.
تكوينات الطاقة الشمسية: احمل بطاريات LiFePO4 خفيفة الوزن أينما تأخذك الحياة (حتى أعلى الجبل أو خارج الشبكة) لتسخير طاقة الشمس.
الاستخدام التجاري: هذه هي بطاريات الليثيوم الأكثر أمانًا والأكثر صلابة مما يجعلها مثالية للتطبيقات الصناعية مثل آلات الأرضيات وبوابات الرفع وغير ذلك.
علاوة على ذلك ، تعمل بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم على تشغيل العديد من الأجهزة الأخرى مثل المصابيح الكهربائية والسجائر الإلكترونية وأجهزة الراديو وإضاءة الطوارئ وغيرها من العناصر.
إمكانيات تطبيق LFP على نطاق واسع
في حين أن بطاريات LFP أقل تكلفة وأكثر استقرارًا من البدائل ، فإن كثافة الطاقة كانت عائقًا كبيرًا أمام اعتمادها على نطاق واسع.تتميز بطاريات LFP بكثافة طاقة أقل بكثير ، وتتراوح بين 15 و 25٪.ومع ذلك ، فإن هذا يتغير باستخدام أقطاب كهربائية أكثر سمكًا مثل تلك المستخدمة في الطراز 3 المصنوع في شنغهاي ، والذي تبلغ كثافة الطاقة فيه 359 واط / لتر.
نظرًا لطول دورة الحياة لبطاريات LFP ، فهي تتمتع بسعة أكبر من بطاريات Li-ion ذات الوزن المماثل.هذا يعني أن كثافة الطاقة لهذه البطاريات ستصبح أكثر تشابهًا بمرور الوقت.
عائق آخر أمام التبني الجماعي هو أن الصين هيمنت على السوق بسبب عدد كبير من براءات اختراع LFP.مع انتهاء صلاحية براءات الاختراع هذه ، هناك تكهنات بأن إنتاج LFP ، مثل تصنيع المركبات ، سيكون محليًا.
تستخدم شركات صناعة السيارات الكبرى مثل Ford و Volkswagen و Tesla التكنولوجيا بشكل متزايد عن طريق استبدال تركيبات النيكل أو الكوبالت.إعلان Tesla الأخير في تحديثها ربع السنوي هو البداية فقط.قدمت Tesla أيضًا تحديثًا موجزًا لحزمة البطارية 4680 ، والتي ستكون ذات كثافة طاقة أعلى ومدى أعلى.من الممكن أيضًا أن تستخدم Tesla بنية "خلية لحزمة" لتكثيف المزيد من الخلايا واستيعاب كثافة طاقة أقل.
على الرغم من قدمها ، قد يكون LFP وخفض تكاليف البطارية أمرًا بالغ الأهمية في تسريع اعتماد المركبات الكهربائية الجماعية.بحلول عام 2023 ، من المتوقع أن تقترب أسعار الليثيوم أيون من 100 دولار / كيلوواط ساعة.قد تمكّن LFP صانعي السيارات من التأكيد على عوامل مثل الراحة أو وقت إعادة الشحن بدلاً من السعر فقط.
الوقت ما بعد: 10 أغسطس - 2022