LiFePO4-akku

Teslan vuoden 2021 kolmannen neljänneksen raportissa ilmoitettiin siirtymisestä LiFePO4-akkuihin uudeksi standardiksi ajoneuvoissa. Mutta mitä LiFePO4-akut tarkalleen ottaen ovat?

NEW YORK, NEW YORK, USA, 26. toukokuuta 2022 /EINPresswire.com / — Ovatko ne parempi vaihtoehto litiumioniakuille? Miten nämä akut eroavat muista akuista?

Johdatus LiFePO4-akkuihin

Litiumrautafosfaattiakku (LFP) on litiumioniakku, jolla on nopeat lataus- ja purkausnopeudet. Se on ladattava akku, jonka katodi on LiFePO4 ja anodi grafiittinen hiilielektrodi, jossa on metallinen tausta.

LiFePO4-akuilla on alhaisempi energiatiheys ja alhaisempi käyttöjännite kuin litiumioniakuilla. Niillä on alhainen purkausnopeus ja vaakasuorat käyrät, ja ne ovat turvallisempia kuin litiumioniakut. Näitä akkuja kutsutaan myös litiumferrofosfaattiakuiksi.

LiFePO4-akkujen keksiminen

John B. Goodenough ja Arumugam Manthiram keksivät LiFePO4-akut. He olivat ensimmäisten joukossa, jotka määrittelivät litiumioniakuissa käytettävät materiaalit. Anodimateriaalit eivät ole ihanteellisia litiumioniakuille niiden välittömän oikosulun aiheuttaman taipumuksen vuoksi.

Tutkijat havaitsivat, että katodimateriaalit ovat parempia kuin litiumioniakkujen katodit. Tämä on erityisen havaittavissa LiFePO4-akkuversioissa. Ne parantavat vakautta ja johtavuutta sekä monia muita ominaisuuksia.

Nykyään LiFePO4-akkuja löytyy kaikkialta, ja niillä on monia käyttötarkoituksia, kuten veneissä, aurinkojärjestelmissä ja ajoneuvoissa. LiFePO4-akut ovat kobolttivapaita ja halvempia kuin useimmat vaihtoehdot. Ne ovat myrkyttömiä ja niiden säilyvyysaika on pidempi.

LFP-akun tekniset tiedot -

Akkujen hallintajärjestelmien toiminta LFP-akuissa

LFP-akut koostuvat muustakin kuin vain toisiinsa kytketyistä kennoista; niissä on järjestelmä, joka varmistaa akun pysymisen turvallisissa rajoissa. Akun hallintajärjestelmä (BMS) suojaa, ohjaa ja valvoo akkua käyttöolosuhteissa varmistaakseen turvallisuuden ja pidentääkseen akun käyttöikää.

Akkujen hallintajärjestelmien toiminta LFP-akuissa -

Vaikka litiumrautafosfaattikennot ovat sietokykyisempiä, ne ovat silti alttiita ylijännitteelle latauksen aikana, mikä heikentää suorituskykyä. Katodissa käytetty materiaali voi heikentyä ja menettää vakautensa. BMS säätelee kunkin kennon lähtötehoa ja varmistaa, että akun maksimijännite säilyy.

Elektrodimateriaalien heikkenemisen myötä alijännitteestä tulee vakava huolenaihe. Jos jonkin kennon jännite laskee alle määritetyn kynnysarvon, BMS irrottaa akun piiristä. Se toimii myös suojana ylivirtatilanteessa ja pysäyttää toimintansa oikosulun aikana.

LiFePO4-akut vs. litiumioniakut

LiFePO4-akut eivät sovellu puettaviin laitteisiin, kuten kelloihin. Niiden energiatiheys on alhaisempi kuin muiden litium-akkujen. Ne sopivat kuitenkin parhaiten aurinkoenergiajärjestelmiin, matkailuautoihin, golfkärryihin, veneisiin ja sähkömoottoripyöriin.

★Yksi näiden akkujen tärkeimmistä eduista on niiden pitkä käyttöikä.

Nämä akut voivat kestää yli neljä kertaa pidempään kuin muut. Ne ovat turvallisempia ja voivat purkautua jopa 100 %:iin, mikä tarkoittaa, että niitä voidaan käyttää pidempään.

Alla on lisää syitä, miksi nämä akut ovat parempi vaihtoehto litiumioniakuille.

★Alhainen hinta

LFP-akut koostuvat raudasta ja fosforista, joita louhitaan valtavassa mittakaavassa, ja ne ovat edullisia. LFP-akkujen hinnan arvioidaan olevan jopa 70 prosenttia alhaisempi kiloa kohden kuin nikkelipitoisten NMC-akkujen. Sen kemiallinen koostumus tarjoaa kustannusedun. LFP-akkujen alhaisimmat raportoidut kennohinnat laskivat ensimmäistä kertaa alle 100 dollariin/kWh vuonna 2020.

★Pieni ympäristövaikutus
LFP-akut eivät sisällä nikkeliä tai kobolttia, jotka ovat kalliita ja joilla on suuri ympäristövaikutus. Nämä akut ovat ladattavia, mikä osoittaa niiden ympäristöystävällisyyden.

★Parannettu tehokkuus ja suorituskyky
LFP-akut tunnetaan pitkästä käyttöikästään, minkä vuoksi ne ovat suosittu valinta sovelluksiin, jotka vaativat luotettavaa ja tasaista virrantuottoa ajan kuluessa. Näiden akkujen kapasiteettihävikki on hitaampi kuin muiden litiumioniakkujen, mikä auttaa säilyttämään niiden suorituskyvyn pitkällä aikavälillä. Lisäksi niillä on alhaisempi käyttöjännite, mikä johtaa pienempään sisäiseen resistanssiin ja nopeampiin lataus-/purkausnopeuksiin.

★Parannettu turvallisuus ja vakaus
LFP-akut ovat termisesti ja kemiallisesti stabiileja, joten ne räjähtävät tai syttyvät tuleen epätodennäköisemmin. LFP tuottaa kuudesosan nikkelipitoisen NMC:n lämmöstä. Koska Co-O-sidos on LFP-akuissa vahvempi, happiatomit vapautuvat hitaammin oikosulussa tai ylikuumenemisessa. Lisäksi täysin ladattuihin kennoihin ei jää litiumia, mikä tekee niistä erittäin kestäviä happihäviölle verrattuna muissa litiumkennoissa havaittuihin eksotermisiin reaktioihin.

★Pieni ja kevyt
LFP-akut ovat lähes 50 % kevyempiä kuin litiummangaanioksidiakut. Ne ovat jopa 70 % kevyempiä kuin lyijyakut. Kun käytät LiFePO4-akkua ajoneuvossa, kulutat vähemmän polttoainetta ja sinulla on parempi ohjattavuus. Ne ovat myös pieniä ja kompakteja, joten voit säästää tilaa skootterissa, veneessä, matkailuautossa tai teollisessa sovelluksessa.

LiFePO4-akut vs. ei-litium-akut
Muilla kuin litium-akuilla on useita etuja, mutta ne todennäköisesti korvataan keskipitkällä aikavälillä uusien LiFePo4-akkujen potentiaalin vuoksi, koska vanhempi teknologia on kallista ja tehottomampaa.

☆Lyijyakut
Lyijyakut saattavat aluksi vaikuttaa kustannustehokkailta, mutta pitkällä aikavälillä ne osoittautuvat kalliimmiksi. Tämä johtuu siitä, että ne vaativat useammin huoltoa ja vaihtoa. LiFePO4-akku kestää 2–4 kertaa pidempään ilman huoltoa.

☆Geeliakut
Geeliakut, kuten LiFePO4-akut, eivät vaadi usein latausta eivätkä ne menetä varaustaan ​​säilytyksen aikana. Geeliakut latautuvat kuitenkin hitaammin. Ne on irrotettava heti, kun ne ovat täyteen ladattuja, jotta ne eivät vaurioituisi.

☆AGM-akut
Vaikka AGM-akuilla on suuri vaurioitumisriski alle 50 %:n kapasiteetilla, LiFePO4-akut voidaan purkaa kokonaan ilman vaurioitumisriskiä. Niiden ylläpitäminen on myös vaikeaa.

LiFePO4-akkujen sovellukset
LiFePO4-akuilla on monia arvokkaita sovelluksia, mukaan lukien

●Kalastusveneet ja kajakit: Voit viettää enemmän aikaa vesillä lyhyemmän latausajan ja pidemmän käyttöajan ansiosta. Kevyempi paino helpottaa käsittelyä ja hidastaa kulkua vaativissa kalastuskilpailuissa.

●Mopotoottoripyörät ja -skootterit: Ei ole mitään hidastavaa painoa. Lataa akku alle täyden kapasiteetin spontaaneja matkoja varten vahingoittamatta sitä.

● Aurinkopaneelit: Ota kevyitä LiFePO4-akkuja mukaasi minne ikinä elämä sinut viekin (jopa vuorelle tai sähköverkon ulkopuolelle) hyödyntääksesi auringon energiaa.

●Kaupallinen käyttö: Nämä ovat turvallisimpia ja kestävimpiä litium-akkuja, mikä tekee niistä ihanteellisia teollisuussovelluksiin, kuten lattianpuhdistuskoneisiin, takaluukkuihin ja muihin.

Lisäksi litiumrautafosfaattiparistot käyttävät virtaa monissa muissa laitteissa, kuten taskulampuissa, sähkötupakoissa, radiolaitteissa, hätävalaistuksessa ja muissa esineissä.

Laajamittaisen LFP-toteutuksen mahdollisuudet
Vaikka LFP-akut ovat halvempia ja vakaampia kuin vaihtoehdot, energiatiheys on ollut merkittävä este niiden laajalle levinneelle käyttöönotolle. LFP-akkujen energiatiheys on paljon alhaisempi, vaihdellen 15–25 %. Tämä on kuitenkin muuttumassa käytettäessä paksumpia elektrodeja, kuten Shanghaissa valmistetussa Model 3:ssa käytettyjä, joiden energiatiheys on 359 Wh/litra.

LFP-akkujen pitkän käyttöiän vuoksi niillä on suurempi kapasiteetti kuin vastaavan painoisilla litiumioniakuilla. Tämä tarkoittaa, että näiden akkujen energiatiheys tasaantuu ajan myötä.

Toinen este massakäyttöönotolle on se, että Kiina on hallinnut markkinoita lukuisten LFP-patenttien vuoksi. Näiden patenttien vanhentuessa spekuloidaan, että LFP-tuotanto, kuten ajoneuvojen valmistus, lokalisoituu.

Suuret autonvalmistajat, kuten Ford, Volkswagen ja Tesla, hyödyntävät teknologiaa yhä enemmän korvaamalla nikkeli- tai kobolttiformulaatiot. Teslan äskettäinen neljännesvuosittainen ilmoitus on vasta alkua. Tesla antoi myös lyhyen päivityksen 4680-akkupaketistaan, jolla on suurempi energiatiheys ja pidempi toimintasäde. On myös mahdollista, että Tesla käyttää "kennoista pakkaukseen" -rakennetta tiivistääkseen enemmän kennoja ja mahdollistaakseen pienemmän energiatiheyden.

Iästään huolimatta,LFPja akkukustannusten aleneminen voi olla ratkaisevan tärkeää sähköautojen massakäytön nopeuttamisessa. Vuoteen 2023 mennessä litiumioniakkujen hintojen odotetaan olevan lähellä 100 dollaria/kWh. Pienpolttoiset akkulaitteet voivat antaa autonvalmistajille mahdollisuuden painottaa tekijöitä, kuten kätevyyttä tai latausaikaa, pelkän hinnan sijaan.