Batería LiFePO4

Os informes do terceiro trimestre de 2021 de Tesla anunciaron unha transición ás baterías LiFePO4 como o novo estándar nos seus vehículos. Pero que son exactamente as baterías LiFePO4?

NOVA YORK, NOVA YORK, EUA, 26 de maio de 2022 /EINPresswire.com/ — Son unha mellor alternativa ás baterías de ións de litio? En que se diferencian estas baterías doutras baterías?

Introdución ás baterías LiFePO4

Unha batería de fosfato de litio e ferro (LFP) é unha batería de ións de litio con taxas de carga e descarga máis rápidas. É unha batería recargable con LiFePO4 como cátodo e un eléctrodo de carbono grafítico con soporte metálico como ánodo.

As baterías LiFePO4 teñen unha densidade de enerxía menor que as baterías de ións de litio e voltaxes de funcionamento máis baixas. Teñen unha baixa taxa de descarga con curvas horizontais e son máis seguras que as de ións de litio. Estas baterías tamén se coñecen como baterías de ferrofosfato de litio.

A invención das baterías LiFePO4

As baterías LiFePO4 foron inventadas por John B. Goodenough e Arumugam Manthiram. Foron dos primeiros en determinar os materiais utilizados nas baterías de ións de litio. Os materiais do ánodo non son ideais para as baterías de ións de litio debido á súa tendencia a curtocircuítos inmediatos.

Os científicos descubriron que os materiais dos cátodos son mellores en comparación cos cátodos das baterías de ións de litio. Isto é especialmente notorio nas variantes de baterías LiFePO4. Melloran a estabilidade e a condutividade e melloran unha variedade doutros aspectos.

Hoxe en día, as baterías LiFePO4 atópanse en todas partes e teñen diversas aplicacións, incluíndo o seu uso en barcos, sistemas solares e vehículos. As baterías LiFePO4 non conteñen cobalto e son máis baratas que a maioría das alternativas. Non son tóxicas e teñen unha vida útil máis longa.

Especificacións da batería LFP -

A función dos sistemas de xestión de baterías nas baterías LFP

As baterías LFP están compostas por algo máis que celas conectadas; contan cun sistema que garante que a batería se manteña dentro dos límites seguros. Un sistema de xestión de baterías (BMS) protexe, controla e monitoriza a batería en condicións de funcionamento para garantir a seguridade e prolongar a vida útil da batería.

A función dos sistemas de xestión de baterías nas baterías LFP -

A pesar de que as celas de fosfato de litio e ferro son máis tolerantes, son propensas a sufrir sobretensións durante a carga, o que reduce o rendemento. O material empregado para o cátodo podería deteriorarse e perder a súa estabilidade. O BMS regula a saída de cada cela e garante que se manteña a tensión máxima da batería.

A medida que os materiais dos eléctrodos se degradan, a subtensión convértese nun problema grave. Se a tensión de calquera cela cae por debaixo dun limiar especificado, o BMS desconecta a batería do circuíto. Tamén serve como bloqueo en caso de sobrecorrente e detén o seu funcionamento durante un curtocircuíto.

Baterías LiFePO4 vs. baterías de ións de litio

As baterías LiFePO4 non son axeitadas para dispositivos portátiles como os reloxos. Teñen unha densidade de enerxía menor que calquera outra batería de litio. Non obstante, son as mellores opcións para sistemas de enerxía solar, autocaravanas, carros de golf, barcos de pesca con baixo e motocicletas eléctricas.

★Unha das principais vantaxes destas baterías é o seu ciclo de vida.

Estas baterías poden durar máis de 4 veces máis que outras. Son máis seguras e poden alcanzar ata o 100 % de profundidade de descarga, o que significa que se poden utilizar durante un período máis prolongado.

A continuación móstranse razóns adicionais polas que estas baterías son unha mellor alternativa ás baterías de ións de litio.

★Baixo custo

As baterías LFP están compostas de ferro e fósforo, extraídas a enorme escala e son baratas. Estímase que o custo das baterías LFP é ata un 70 % inferior por kg que o das baterías NMC ricas en níquel. A súa composición química proporciona unha vantaxe de custo. Os prezos das celas máis baixos rexistrados para as baterías LFP caeron por debaixo dos 100 $/kWh por primeira vez en 2020.

★Pequeno impacto ambiental
As baterías LFP non conteñen níquel nin cobalto, que son caros e teñen un grande impacto ambiental. Estas baterías son recargables, o que demostra o seu respecto polo medio ambiente.

★Mellora da eficiencia e do rendemento
As baterías LFP son coñecidas polo seu longo ciclo de vida, o que as converte nunha opción popular para aplicacións que requiren unha saída de potencia fiable e consistente ao longo do tempo. Estas baterías experimentan taxas de perda de capacidade máis lentas que outras baterías de ións de litio, o que axuda a preservar o seu rendemento a longo prazo. Ademais, teñen unha tensión de funcionamento máis baixa, o que resulta nunha menor resistencia interna e velocidades de carga/descarga máis rápidas.

★Seguridade e estabilidade melloradas
As baterías LFP son térmica e quimicamente estables, polo que é menos probable que exploten ou se incendien. As LFP producen unha sexta parte da calor que as NMC ricas en níquel. Debido a que a unión Co-O é máis forte nas baterías LFP, os átomos de osíxeno libéranse máis lentamente se se curtocircuitan ou se sobrequentan. Ademais, non queda litio nas celas completamente cargadas, o que as fai moi resistentes á perda de osíxeno en comparación coas reaccións exotérmicas observadas noutras celas de litio.

★Pequeno e lixeiro
As baterías LFP son case un 50 % máis lixeiras que as baterías de óxido de litio e manganeso. Son ata un 70 % máis lixeiras que as baterías de chumbo-ácido. Cando se usa unha batería LiFePO4 nun vehículo, consíguese menos gasolina e hai máis manobrabilidade. Tamén son pequenas e compactas, o que permite aforrar espazo na scooter, barco, autocaravana ou aplicación industrial.

Baterías LiFePO4 vs. baterías non litio
As baterías que non son de litio teñen unha serie de vantaxes, pero é probable que sexan substituídas a medio prazo dado o potencial das novas baterías LiFePo4, xa que a tecnoloxía máis antiga é cara e menos eficiente.

☆Baterías de chumbo-ácido
As baterías de chumbo-ácido poden parecer rendibles ao principio, pero acaban sendo máis caras a longo prazo. Isto débese a que requiren un mantemento e unha substitución máis frecuentes. Unha batería de LiFePO4 durará de 2 a 4 veces máis sen necesidade de mantemento.

☆Baterías de xel
As baterías de xel, como as de LiFePO4, non requiren recarga frecuente e non perden carga mentres se almacenan. Pero as baterías de xel cárganse a un ritmo máis lento. É necesario desconectalas en canto estean completamente cargadas para evitar a súa destrución.

☆Baterías AGM
Aínda que as baterías AGM teñen un alto risco de danarse por debaixo do 50 % da súa capacidade, as baterías LiFePO4 pódense descargar por completo sen ningún risco de danos. Ademais, é difícil mantelas funcionando.

Aplicacións para baterías LiFePO4
As baterías LiFePO4 teñen moitas aplicacións valiosas, incluíndo

●Barcos de pesca e caiaques: Podes pasar máis tempo na auga con menos tempo de carga e máis tempo de funcionamento. O menor peso proporciona un manexo máis doado e un reductor de velocidade durante as competicións de pesca de alto risco.

●Escúteres e ciclomotores de mobilidade: non hai peso morto que che poida frear. Carga a batería por debaixo da súa capacidade máxima para desprazamentos espontáneos sen danala.

●Configuracións solares: leva baterías lixeiras de LiFePO4 onde queiras que a vida te leve (mesmo subindo a unha montaña ou fóra da rede) para aproveitar a enerxía do sol.

●Uso comercial: estas son as baterías de litio máis seguras e resistentes, o que as fai ideais para aplicacións industriais como máquinas de chan, portas elevadoras e moito máis.

Ademais, as baterías de fosfato de litio e ferro alimentan moitos outros dispositivos como lanternas, cigarros electrónicos, equipos de radio, iluminación de emerxencia e outros artigos.

Posibilidades para a implementación de LFP a grande escala
Aínda que as baterías LFP son máis baratas e estables que as alternativas, a densidade de enerxía supuxo un obstáculo importante para a súa adopción xeneralizada. As baterías LFP teñen unha densidade de enerxía moito menor, que oscila entre o 15 e o 25 %. Non obstante, isto está a cambiar co uso de eléctrodos máis grosos como os que se empregan no Modelo 3 fabricado en Shanghai, que ten unha densidade de enerxía de 359 Wh/litro.

Debido ao longo ciclo de vida das baterías LFP, teñen máis capacidade que as baterías de ións de litio de peso comparable. Isto significa que a densidade de enerxía destas baterías será máis similar co tempo.

Outro obstáculo para a adopción masiva é que China dominou o mercado debido á gran cantidade de patentes de LFP. A medida que estas patentes caducan, especúlase que a produción de LFP, como a fabricación de vehículos, se localizará.

Os principais fabricantes de automóbiles como Ford, Volkswagen e Tesla utilizan cada vez máis a tecnoloxía substituíndo as formulacións de níquel ou cobalto. O recente anuncio de Tesla na súa actualización trimestral é só o comezo. Tesla tamén proporcionou unha breve actualización sobre o seu paquete de baterías 4680, que terá unha maior densidade de enerxía e autonomía. Tamén é posible que Tesla empregue a construción "cela a cela" para condensar máis celas e adaptarse a unha menor densidade de enerxía.

A pesar da súa idade,LFPe a redución dos custos das baterías pode ser fundamental para acelerar a adopción masiva de vehículos eléctricos. Espérase que para 2023, os prezos dos ións de litio estean preto dos 100 $/kWh. Os LFP poden permitir aos fabricantes de automóbiles facer fincapé en factores como a comodidade ou o tempo de recarga en lugar de só o prezo.