LiFePO4 aku

Tesla 2021. aasta 3. kvartali aruanded teatasid üleminekust LiFePO4 akudele kui uuele standardile oma sõidukites. Aga mis täpselt on LiFePO4 akud?

NEW YORK, NEW YORK, USA, 26. mai 2022 /EINPresswire.com / — Kas need on parem alternatiiv liitiumioonakudele? Mille poolest need akud teistest akudest erinevad?

Sissejuhatus LiFePO4 akudesse

Liitium-raudfosfaat (LFP) aku on liitiumioonaku, millel on kiirem laadimis- ja tühjenemiskiirus. See on laetav aku, mille katood on LiFePO4 ja anoodiks grafiitne süsinikelektrood metallilise aluskihiga.

LiFePO4 akudel on madalam energiatihedus ja madalamad tööpinged kui liitiumioonakudel. Neil on madal tühjenemiskiirus horisontaalsete kõverustega ja nad on ohutumad kui liitiumioonakud. Neid akusid tuntakse ka liitiumferrofosfaatakudena.

LiFePO4 akude leiutamine

LiFePO4 akud leiutasid John B. Goodenough ja Arumugam Manthiram. Nad olid ühed esimestest, kes määrasid kindlaks liitiumioonakudes kasutatavad materjalid. Anoodimaterjalid ei sobi liitiumioonakude jaoks ideaalselt, kuna neil on kalduvus kohe lühisele.

Teadlased leidsid, et katoodimaterjalid on liitiumioonakude katoodidega võrreldes paremad. See on eriti märgatav LiFePO4 akude variantide puhul. Need parandavad stabiilsust ja juhtivust ning mitmeid muid aspekte.

Tänapäeval leidub LiFePO4 akusid kõikjal ja neil on mitmesuguseid rakendusi, sealhulgas paatides, päikesesüsteemides ja sõidukites. LiFePO4 akud on koobaltivabad ja odavamad kui enamik alternatiive. Need on mittetoksilised ja neil on pikem säilivusaeg.

LFP aku spetsifikatsioonid -

Akuhaldussüsteemide funktsioon LFP-akudes

LFP akud koosnevad enamast kui lihtsalt omavahel ühendatud elementidest; neil on süsteem, mis tagab aku püsimise ohututes piirides. Aku haldussüsteem (BMS) kaitseb, juhib ja jälgib akut töötingimustes, et tagada turvalisus ja pikendada aku eluiga.

Akuhaldussüsteemide funktsioon LFP-akudes -

Kuigi liitiumraudfosfaatakud on tolerantsemad, on nad laadimise ajal siiski altid ülepingele, mis vähendab jõudlust. Katoodi materjal võib potentsiaalselt halveneda ja kaotada oma stabiilsuse. BMS reguleerib iga elemendi väljundit ja tagab aku maksimaalse pinge säilimise.

Elektroodimaterjalide lagunedes muutub alapinge tõsiseks probleemiks. Kui mõne elemendi pinge langeb alla etteantud läve, ühendab BMS aku vooluringist lahti. See toimib ka ülekoormuse korral kaitselülitina ja lülitab lühise korral aku välja.

LiFePO4 akud vs. liitiumioonakud

LiFePO4 akud ei sobi kantavate seadmete, näiteks kellade jaoks. Nende energiatihedus on madalam kui ühelgi teisel liitiumakul. Küll aga sobivad need kõige paremini päikeseenergiasüsteemidele, haagissuvilatele, golfikärudele, paatide ja elektrimootorratastele.

★Nende akude üks peamisi eeliseid on nende pikk tööiga.

Need akud võivad kesta üle 4 korra kauem kui teised. Need on ohutumad ja võivad saavutada kuni 100% tühjenemissügavuse, mis tähendab, et neid saab pikemat aega kasutada.

Allpool on toodud täiendavad põhjused, miks need akud on liitiumioonakudele parem alternatiiv.

★Madal hind

LFP-akud koosnevad rauast ja fosforist, neid kaevandatakse tohutus mahus ning need on odavad. LFP-akude maksumus on hinnanguliselt kuni 70 protsenti madalam kilogrammi kohta kui niklirikastel NMC-akudel. Nende keemiline koostis pakub kulueelist. LFP-akude madalaimad teatatud hinnad langesid 2020. aastal esimest korda alla 100 dollari kWh kohta.

★Väike keskkonnamõju
LFP akud ei sisalda niklit ega koobaltit, mis on kallid ja millel on suur keskkonnamõju. Need akud on laetavad, mis näitab nende keskkonnasõbralikkust.

★Parem efektiivsus ja jõudlus
LFP akud on tuntud oma pika eluea poolest, mistõttu on need populaarsed valikud rakenduste jaoks, mis vajavad aja jooksul usaldusväärset ja ühtlast väljundvõimsust. Nende akude mahtuvuse kadu on aeglasem kui teistel liitiumioonakudel, mis aitab säilitada nende jõudlust pikas perspektiivis. Lisaks on neil madalam tööpinge, mis toob kaasa väiksema sisetakistuse ja kiirema laadimis-/tühjenduskiiruse.

★Täiustatud ohutus ja stabiilsus
LFP-akud on termiliselt ja keemiliselt stabiilsed, seega on neil väiksem tõenäosus plahvatada või süttida. LFP toodab kuuendiku võrra vähem soojust kui niklirikkad NMC-d. Kuna Co-O side on LFP-akudes tugevam, vabanevad hapnikuaatomid lühise või ülekuumenemise korral aeglasemalt. Lisaks ei jää täielikult laetud elementidesse liitiumi, mistõttu on need hapnikukao suhtes väga vastupidavad võrreldes teiste liitiumelementide eksotermiliste reaktsioonidega.

★Väike ja kerge
LFP akud on ligi 50% kergemad kui liitiummangaanoksiid akud. Need on kuni 70% kergemad kui pliiakud. LiFePO4 aku kasutamisel sõidukis kulub vähem kütust ja on manööverdusvõimelisem. Need on ka väikesed ja kompaktsed, mis võimaldab teil säästa ruumi oma rolleril, paadil, haagissuvilal või tööstuslikus rakenduses.

LiFePO4 akud vs. mitteliitiumakud
Mitteliitiumakudel on mitmeid eeliseid, kuid arvestades uute LiFePo4 akude potentsiaali, asendatakse need tõenäoliselt keskpikas perspektiivis uutega, kuna vanem tehnoloogia on kallis ja vähem tõhus.

☆Pliiakud
Pliiakud võivad esialgu tunduda kulutõhusad, kuid pikas perspektiivis osutuvad need kallimaks. See on tingitud asjaolust, et need vajavad sagedasemat hooldust ja vahetamist. LiFePO4 aku kestab 2–4 korda kauem ilma hoolduseta.

☆Geelakud
Geelakud, nagu ka LiFePO4 akud, ei vaja sagedast laadimist ega kaota hoiustamise ajal laengut. Kuid geelakud laevad aeglasemalt. Need tuleb pärast täielikku laadimist kohe lahti ühendada, et vältida nende hävimist.

☆AGM-akud
Kuigi AGM-akudel on alla 50% mahutavuse korral suur kahjustumise oht, saab LiFePO4 akusid täielikult tühjendada ilma kahjustuste ohuta. Samuti on neid keeruline töökorras hoida.

LiFePO4 akude rakendused
LiFePO4 akudel on palju väärtuslikke rakendusi, sealhulgas

●Kalastuspaadid ja kajakid: Saate veeta rohkem aega veekogul tänu lühemale laadimisajale ja pikemale tööajale. Väiksem kaal tagab lihtsama käsitsemise ja kiirusepiirangu kõrgete panustega kalastusvõistlustel.

● Tõukerattad ja mopeedid: Puudub tühi koormus, mis teid aeglustaks. Laadige aku spontaanseteks sõitudeks alla täisvõimsuse, ilma et see seda kahjustaks.

● Päikesepaneelide konfiguratsioonid: Kandke kergeid LiFePO4 akusid kõikjale, kuhu elu teid viib (isegi mäkke või elektrivõrgust välja), et päikeseenergiat rakendada.

●Äriliseks kasutamiseks: Need on kõige ohutumad ja vastupidavamad liitiumakud, mis teeb neist ideaalsed kohad tööstuslikeks rakendusteks, näiteks põrandamasinate, tagaluukide ja muu jaoks.

Lisaks toidavad liitiumraudfosfaatpatareid paljusid teisi seadmeid, näiteks taskulampe, elektroonilisi sigarette, raadioseadmeid, avariivalgustust ja muid esemeid.

Laiaulatusliku LFP rakendamise võimalused
Kuigi LFP-akud on odavamad ja stabiilsemad kui alternatiivid, on energiatihedus olnud laialdase kasutuselevõtu oluliseks takistuseks. LFP-akudel on palju madalam energiatihedus, jäädes vahemikku 15–25%. See on aga muutumas paksemate elektroodide kasutamisel, näiteks Shanghais toodetud Model 3-s, mille energiatihedus on 359 Wh/liitri kohta.

LFP-akude pika eluea tõttu on neil suurem mahutavus kui sama kaaluga liitiumioonakudel. See tähendab, et nende akude energiatihedus muutub aja jooksul sarnasemaks.

Teine takistus massilisele kasutuselevõtule on see, et Hiina on turgu domineerinud arvukate LFP patentide tõttu. Kuna need patendid aeguvad, spekuleeritakse, et LFP tootmine, nagu ka sõidukite tootmine, lokaliseeritakse.

Suured autotootjad nagu Ford, Volkswagen ja Tesla kasutavad seda tehnoloogiat üha enam nikli või koobalti asendamiseks. Tesla hiljutine kvartaliülevaates avaldatud teadaanne on alles algus. Tesla andis ka lühikese värskenduse oma 4680 akupaketi kohta, millel on suurem energiatihedus ja ulatus. Samuti on võimalik, et Tesla kasutab „elemendist patareini“ konstruktsiooni, et kondenseerida rohkem elemente ja mahutada madalamat energiatihedust.

Vaatamata oma vanusele,LFPJa akude maksumuse vähenemine võib olla elektrisõidukite massilise kasutuselevõtu kiirendamisel kriitilise tähtsusega. 2023. aastaks peaksid liitiumioonakude hinnad lähenema 100 dollarile kWh kohta. Välkpatareid võivad võimaldada autotootjatel rõhutada selliseid tegureid nagu mugavus või laadimisaeg, mitte ainult hinda.