Bateria LiFePO4

Els informes del tercer trimestre del 2021 de Tesla van anunciar una transició a les bateries LiFePO4 com a nou estàndard en els seus vehicles. Però, què són exactament les bateries LiFePO4?

NOVA YORK, NOVA YORK, EUA, 26 de maig de 2022 /EINPresswire.com/ — Són una millor alternativa a les bateries de Li-ion? En què es diferencien aquestes bateries d'altres bateries?

Introducció a les bateries LiFePO4

Una bateria de fosfat de liti i ferro (LFP) és una bateria d'ió de liti amb taxes de càrrega i descàrrega més ràpides. És una bateria recarregable amb LiFePO4 com a càtode i un elèctrode de carboni grafític amb suport metàl·lic com a ànode.

Les bateries LiFePO4 tenen una densitat d'energia inferior a la de les bateries de liti-ió i voltatges de funcionament inferiors. Tenen una baixa taxa de descàrrega amb corbes horitzontals i són més segures que les de liti-ió. Aquestes bateries també es coneixen com a bateries de ferrofosfat de liti.

La invenció de les bateries LiFePO4

Les bateries LiFePO4 van ser inventades per John B. Goodenough i Arumugam Manthiram. Van ser dels primers a determinar els materials utilitzats en les bateries de liti-ió. Els materials dels ànodes no són ideals per a les bateries de liti-ió a causa de la seva tendència a curtcircuitar immediatament.

Els científics van descobrir que els materials dels càtodes són millors en comparació amb els càtodes de les bateries de liti-ió. Això és especialment notable en les variants de bateries LiFePO4. Milloren l'estabilitat i la conductivitat i milloren diversos altres aspectes.

Avui dia, les bateries LiFePO4 es troben a tot arreu i tenen diverses aplicacions, com ara l'ús en vaixells, sistemes solars i vehicles. Les bateries LiFePO4 no contenen cobalt i són més econòmiques que la majoria d'alternatives. No són tòxiques i tenen una vida útil més llarga.

Especificacions de la bateria LFP -

La funció dels sistemes de gestió de bateries en bateries LFP

Les bateries LFP estan compostes per més que simples cel·les connectades; tenen un sistema que garanteix que la bateria es mantingui dins dels límits segurs. Un sistema de gestió de bateries (BMS) protegeix, controla i supervisa la bateria en condicions de funcionament per garantir la seguretat i allargar la vida útil de la bateria.

La funció dels sistemes de gestió de bateries en bateries LFP -

Tot i que les cel·les de fosfat de liti i ferro són més tolerants, són propenses a sobretensions durant la càrrega, cosa que redueix el rendiment. El material emprat al càtode es pot deteriorar i perdre la seva estabilitat. El BMS regula la sortida de cada cel·la i garanteix que es mantingui la tensió màxima de la bateria.

A mesura que els materials dels elèctrodes es degraden, la subtensió esdevé un problema greu. Si la tensió de qualsevol cel·la cau per sota d'un llindar especificat, el BMS desconnecta la bateria del circuit. També serveix com a bloqueig en cas de sobrecorrent i atura el seu funcionament durant un curtcircuit.

Bateries LiFePO4 vs. bateries de liti-ió

Les bateries LiFePO4 no són adequades per a dispositius portàtils com ara rellotges. Tenen una densitat d'energia inferior a la de qualsevol altra bateria de liti. No obstant això, són les millors opcions per a sistemes d'energia solar, autocaravanes, carrets de golf, llanxes de baix i motocicletes elèctriques.

★Un dels principals avantatges d'aquestes bateries és el seu cicle de vida.

Aquestes bateries poden durar més de 4 vegades més que altres. Són més segures i poden arribar a una profunditat de descàrrega de fins al 100%, cosa que significa que es poden utilitzar durant un període més prolongat.

A continuació es mostren altres motius pels quals aquestes bateries són una millor alternativa a les bateries de Li-ion.

★ Cost baix

Les bateries LFP estan compostes de ferro i fòsfor, extretes a gran escala, i són econòmiques. S'estima que el cost de les bateries LFP és fins a un 70% inferior per kg que el de les bateries NMC riques en níquel. La seva composició química proporciona un avantatge de cost. Els preus més baixos reportats per a les bateries LFP van caure per sota dels 100 dòlars/kWh per primera vegada el 2020.

★Petit impacte ambiental
Les bateries LFP no contenen níquel ni cobalt, que són cars i tenen un gran impacte ambiental. Aquestes bateries són recarregables, cosa que demostra el seu respecte pel medi ambient.

★Millora d'eficiència i rendiment
Les bateries LFP són conegudes pel seu llarg cicle de vida, cosa que les converteix en una opció popular per a aplicacions que requereixen una potència de sortida fiable i consistent al llarg del temps. Aquestes bateries experimenten taxes de pèrdua de capacitat més lentes que altres bateries de ions de liti, cosa que ajuda a preservar el seu rendiment a llarg termini. A més, tenen un voltatge de funcionament més baix, cosa que resulta en menys resistència interna i velocitats de càrrega/descàrrega més ràpides.

★Seguretat i estabilitat millorades
Les bateries LFP són tèrmica i químicament estables, per la qual cosa tenen menys probabilitats d'explotar o incendiar-se. L'LFP produeix una sisena part de la calor que les NMC riques en níquel. Com que l'enllaç Co-O és més fort a les bateries LFP, els àtoms d'oxigen s'alliberen més lentament si es curtcircuiten o es sobreescalfen. A més, no queda liti a les cel·les completament carregades, cosa que les fa altament resistents a la pèrdua d'oxigen en comparació amb les reaccions exotèrmiques observades en altres cel·les de liti.

★Petit i lleuger
Les bateries LFP són gairebé un 50% més lleugeres que les bateries d'òxid de liti i manganès. Són fins a un 70% més lleugeres que les bateries de plom-àcid. Quan utilitzeu una bateria LiFePO4 en un vehicle, consumiu menys gasolina i teniu més maniobrabilitat. També són petites i compactes, cosa que us permet estalviar espai al vostre escúter, vaixell, autocaravana o aplicació industrial.

Bateries LiFePO4 vs. bateries sense liti
Les bateries que no siguin de liti tenen diversos avantatges, però és probable que es substitueixin a mitjà termini, donat el potencial de les noves bateries LiFePo4, ja que la tecnologia més antiga és cara i menys eficient.

☆Bateries de plom-àcid
Les bateries de plom-àcid poden semblar rendibles al principi, però acaben sent més cares a la llarga. Això es deu al fet que requereixen un manteniment i una substitució més freqüents. Una bateria de LiFePO4 durarà de 2 a 4 vegades més sense necessitat de manteniment.

☆Bateries de gel
Les bateries de gel, com les bateries LiFePO4, no requereixen una recàrrega freqüent i no perden càrrega mentre s'emmagatzemen. Però les bateries de gel es carreguen a un ritme més lent. Cal desconnectar-les tan bon punt estiguin completament carregades per evitar la seva destrucció.

☆Bateries AGM
Tot i que les bateries AGM tenen un alt risc de patir danys per sota del 50% de la seva capacitat, les bateries LiFePO4 es poden descarregar completament sense cap risc de patir danys. A més, és difícil mantenir-les en funcionament.

Aplicacions per a bateries LiFePO4
Les bateries LiFePO4 tenen moltes aplicacions valuoses, incloent-hi

●Vaixells de pesca i caiacs: Podeu passar més temps a l'aigua amb menys temps de càrrega i més temps de funcionament. El menor pes proporciona un maneig més fàcil i un reductor de velocitat durant les competicions de pesca d'alt risc.

●Escúters i ciclomotors de mobilitat: no hi ha pes mort que us freni. Carregueu la bateria a menys de la seva capacitat completa per a desplaçaments espontanis sense fer-la malbé.

●Configuracions solars: Porteu bateries lleugeres de LiFePO4 allà on us porti la vida (fins i tot a dalt d'una muntanya o fora de la xarxa) per aprofitar l'energia del sol.

●Ús comercial: Aquestes són les bateries de liti més segures i resistents, cosa que les fa ideals per a aplicacions industrials com ara màquines de neteja de terres, portes elevadores i més.

A més, les bateries de fosfat de liti i ferro alimenten molts altres dispositius com ara llanternes, cigarrets electrònics, equips de ràdio, il·luminació d'emergència i altres articles.

Possibilitats per a la implementació de LFP a gran escala
Tot i que les bateries LFP són menys cares i més estables que les alternatives, la densitat d'energia ha estat un obstacle important per a l'adopció generalitzada. Les bateries LFP tenen una densitat d'energia molt més baixa, que oscil·la entre el 15 i el 25%. Tanmateix, això està canviant amb l'ús d'elèctrodes més gruixuts com els que s'utilitzen al Model 3 fabricat a Xangai, que té una densitat d'energia de 359 Wh/litre.

A causa del llarg cicle de vida de les bateries LFP, tenen més capacitat que les bateries de Li-ion de pes comparable. Això significa que la densitat d'energia d'aquestes bateries esdevindrà més similar amb el temps.

Un altre obstacle per a l'adopció massiva és que la Xina ha dominat el mercat a causa de la gran quantitat de patents de LFP. A mesura que aquestes patents caduquen, s'especula que la producció de LFP, com la fabricació de vehicles, es localitzarà.

Els principals fabricants d'automòbils com Ford, Volkswagen i Tesla utilitzen cada cop més la tecnologia substituint les formulacions de níquel o cobalt. El recent anunci de Tesla a la seva actualització trimestral és només el principi. Tesla també va proporcionar una breu actualització sobre el seu paquet de bateries 4680, que tindrà una densitat d'energia i una autonomia més elevades. També és possible que Tesla utilitzi la construcció "cel·la a paquet" per condensar més cel·les i adaptar-se a una densitat d'energia més baixa.

Malgrat la seva edat,LFPi la reducció dels costos de les bateries pot ser fonamental per accelerar l'adopció massiva de vehicles elèctrics. Es preveu que els preus dels ions de liti s'acostin als 100 dòlars/kWh el 2023. Els LFP poden permetre als fabricants d'automòbils emfatitzar factors com la comoditat o el temps de recàrrega en lloc del preu.