LiFePO4-batterij

In de kwartaalcijfers van Tesla over het derde kwartaal van 2021 werd de overstap naar LiFePO4-batterijen als nieuwe standaard in hun voertuigen aangekondigd. Maar wat zijn LiFePO4-batterijen precies?

NEW YORK, NEW YORK, VS, 26 mei 2022 /EINPresswire.com/ — Zijn ze een beter alternatief voor lithium-ionbatterijen? Waarin verschillen deze batterijen van andere batterijen?

Inleiding tot LiFePO4-batterijen

Een lithium-ijzerfosfaatbatterij (LFP-batterij) is een lithium-ionbatterij met snellere laad- en ontlaadsnelheden. Het is een oplaadbare batterij met LiFePO4 als kathode en een grafietkoolstofelektrode met metalen achterkant als anode.

LiFePO4-batterijen hebben een lagere energiedichtheid dan lithium-ionbatterijen en een lagere bedrijfsspanning. Ze hebben een lage ontladingssnelheid met een horizontale curve en zijn veiliger dan Li-ionbatterijen. Deze batterijen staan ​​ook bekend als lithiumferrofosfaatbatterijen.

De uitvinding van LiFePO4-batterijen

LiFePO4-batterijen werden uitgevonden door John B. Goodenough en Arumugam Manthiram. Zij behoorden tot de eersten die de materialen bepaalden die in lithium-ionbatterijen worden gebruikt. Anodematerialen zijn niet ideaal voor lithium-ionbatterijen vanwege hun neiging tot onmiddellijke kortsluiting.

Wetenschappers hebben ontdekt dat de kathodematerialen beter zijn dan de kathodes van lithium-ionbatterijen. Dit is vooral merkbaar bij de LiFePO4-batterijvarianten. Ze verbeteren de stabiliteit en geleidbaarheid en een verscheidenheid aan andere aspecten.

LiFePO4-batterijen zijn tegenwoordig overal te vinden en hebben diverse toepassingen, waaronder in boten, zonne-energiesystemen en voertuigen. LiFePO4-batterijen zijn kobaltvrij en goedkoper dan de meeste alternatieven. Ze zijn niet giftig en hebben een langere houdbaarheid.

Specificaties van LFP-batterijen -

De functie van batterijbeheersystemen in LFP-batterijen

LFP-batterijen bestaan ​​uit meer dan alleen verbonden cellen; ze hebben een systeem dat ervoor zorgt dat de batterij binnen veilige grenzen blijft. Een batterijbeheersysteem (BMS) beveiligt, controleert en bewaakt de batterij onder bedrijfsomstandigheden om de veiligheid te garanderen en de levensduur van de batterij te verlengen.

De functie van batterijbeheersystemen in LFP-batterijen -

Hoewel lithium-ijzerfosfaatcellen toleranter zijn, zijn ze toch gevoelig voor overspanning tijdens het laden, wat de prestaties vermindert. Het materiaal dat voor de kathode wordt gebruikt, kan mogelijk verslechteren en zijn stabiliteit verliezen. Het batterijbeheersysteem (BMS) regelt de output van elke cel en zorgt ervoor dat de maximale spanning van de batterij behouden blijft.

Naarmate de elektrodematerialen degraderen, wordt onderspanning een ernstig probleem. Als de spanning van een cel onder een bepaalde drempelwaarde zakt, koppelt het batterijbeheersysteem (BMS) de batterij los van het circuit. Het fungeert ook als beveiliging tegen overstroom en schakelt de werking uit bij kortsluiting.

LiFePO4-batterijen versus lithium-ionbatterijen

LiFePO4-batterijen zijn niet geschikt voor draagbare apparaten zoals horloges. Ze hebben een lagere energiedichtheid dan andere lithiumbatterijen. Ze zijn echter uitermate geschikt voor zonne-energiesystemen, campers, golfkarretjes, visboten en elektrische motorfietsen.

★Een van de belangrijkste voordelen van deze accu's is hun lange levensduur.

Deze accu's gaan meer dan vier keer zo lang mee als andere. Ze zijn veiliger en kunnen tot 100% ontladen worden, waardoor ze gedurende een langere periode gebruikt kunnen worden.

Hieronder volgen nog meer redenen waarom deze batterijen een beter alternatief zijn voor lithium-ionbatterijen.

★Lage kosten

LFP-batterijen bestaan ​​uit ijzer en fosfor, grondstoffen die op grote schaal worden gewonnen, en zijn goedkoop. De kosten van LFP-batterijen worden geschat op wel 70 procent lager per kilogram dan die van nikkelrijke NMC-batterijen. De chemische samenstelling zorgt voor een kostenvoordeel. De laagste gerapporteerde celprijzen voor LFP-batterijen daalden in 2020 voor het eerst onder de $100/kWh.

★Kleine impact op het milieu
LFP-batterijen bevatten geen nikkel of kobalt, stoffen die duur zijn en een grote impact hebben op het milieu. Deze batterijen zijn oplaadbaar, wat hun milieuvriendelijkheid aantoont.

★Verbeterde efficiëntie en prestaties
LFP-batterijen staan ​​bekend om hun lange levensduur, waardoor ze een populaire keuze zijn voor toepassingen die een betrouwbare en constante stroomafgifte gedurende langere tijd vereisen. Deze batterijen verliezen minder snel capaciteit dan andere lithium-ionbatterijen, wat bijdraagt ​​aan het behoud van hun prestaties op de lange termijn. Bovendien hebben ze een lagere bedrijfsspanning, wat resulteert in een lagere interne weerstand en snellere laad- en ontlaadsnelheden.

★Verbeterde veiligheid en stabiliteit
LFP-batterijen zijn thermisch en chemisch stabiel, waardoor de kans op explosie of brand kleiner is. LFP produceert slechts een zesde van de warmte van nikkelrijk NMC. Omdat de Co-O-binding in LFP-batterijen sterker is, komen zuurstofatomen langzamer vrij bij kortsluiting of oververhitting. Bovendien blijft er geen lithium achter in volledig opgeladen cellen, waardoor ze veel beter bestand zijn tegen zuurstofverlies dan de exotherme reacties die in andere lithiumcellen voorkomen.

★Klein en lichtgewicht
LiFePO4-accu's zijn bijna 50% lichter dan lithium-mangaanoxide-accu's. Ze zijn tot wel 70% lichter dan loodzuuraccu's. Wanneer u een LiFePO4-accu in een voertuig gebruikt, verbruikt u minder brandstof en heeft u meer manoeuvreerbaarheid. Ze zijn bovendien klein en compact, waardoor u ruimte bespaart in uw scooter, boot, camper of industriële toepassing.

LiFePO4-batterijen versus niet-lithiumbatterijen
Niet-lithiumbatterijen hebben een aantal voordelen, maar zullen naar verwachting op middellange termijn worden vervangen gezien het potentieel van de nieuwe LiFePo4-batterijen, aangezien de oudere technologie duur en minder efficiënt is.

☆Loodzuuraccu's
Loodzuuraccu's lijken in eerste instantie misschien voordelig, maar op de lange termijn blijken ze duurder te zijn. Dit komt doordat ze vaker onderhoud en vervanging vereisen. Een LiFePO4-accu gaat 2 tot 4 keer langer mee en vereist geen onderhoud.

☆Gelbatterijen
Gelaccu's, zoals LiFePO4-accu's, hoeven niet vaak te worden opgeladen en verliezen geen lading tijdens opslag. Gelaccu's laden echter langzamer op. Ze moeten worden losgekoppeld zodra ze volledig zijn opgeladen om beschadiging te voorkomen.

☆AGM-batterijen
Terwijl AGM-accu's een hoog risico lopen op beschadiging wanneer hun capaciteit onder de 50% komt, kunnen LiFePO4-accu's volledig worden ontladen zonder enig risico op beschadiging. Bovendien is het lastig om ze op peil te houden.

Toepassingen voor LiFePO4-batterijen
LiFePO4-batterijen hebben veel waardevolle toepassingen, waaronder

●Visboten en kajaks: U kunt meer tijd op het water doorbrengen met een kortere oplaadtijd en een langere gebruiksduur. Het lagere gewicht zorgt voor een betere manoeuvreerbaarheid en een snelheidsvoordeel tijdens spannende viswedstrijden.

●Scooters en bromfietsen: Er is geen extra gewicht dat je vertraagt. Laad je accu op tot minder dan de volledige capaciteit voor spontane ritjes zonder deze te beschadigen.

●Zonne-energieconfiguraties: Neem lichtgewicht LiFePO4-batterijen mee waar je ook bent (zelfs in de bergen of zonder stroomvoorziening) om de energie van de zon te benutten.

●Commercieel gebruik: Dit zijn de veiligste en meest robuuste lithiumbatterijen, waardoor ze ideaal zijn voor industriële toepassingen zoals vloerreinigingsmachines, laadkleppen en meer.

Bovendien leveren lithium-ijzerfosfaatbatterijen stroom aan tal van andere apparaten, zoals zaklampen, e-sigaretten, radioapparatuur, noodverlichting en andere artikelen.

Mogelijkheden voor grootschalige implementatie van LFP
Hoewel LFP-batterijen goedkoper en stabieler zijn dan alternatieven, is de energiedichtheid een belangrijk obstakel geweest voor wijdverspreide toepassing. LFP-batterijen hebben een veel lagere energiedichtheid, variërend tussen 15 en 25%. Dit verandert echter door het gebruik van dikkere elektroden, zoals die in de in Shanghai geproduceerde Model 3, die een energiedichtheid van 359 Wh/liter heeft.

Door de lange levensduur van LFP-batterijen hebben ze een hogere capaciteit dan lithium-ionbatterijen met een vergelijkbaar gewicht. Dit betekent dat de energiedichtheid van deze batterijen in de loop der tijd steeds meer op elkaar zal gaan lijken.

Een andere belemmering voor massale acceptatie is dat China de markt domineert vanwege de vele LFP-patenten. Naarmate deze patenten verlopen, wordt gespeculeerd dat de LFP-productie, net als de autoproductie, lokaal zal worden uitgevoerd.

Grote autofabrikanten zoals Ford, Volkswagen en Tesla gebruiken de technologie steeds vaker ter vervanging van nikkel- of kobaltformules. De recente aankondiging van Tesla in de kwartaalupdate is slechts het begin. Tesla gaf ook een korte update over het 4680-accupakket, dat een hogere energiedichtheid en een grotere actieradius zal hebben. Het is ook mogelijk dat Tesla gebruik zal maken van een "cell-to-pack"-constructie om meer cellen te comprimeren en een lagere energiedichtheid mogelijk te maken.

Ondanks zijn leeftijd,LFPEn de verlaging van de batterijkosten kan cruciaal zijn voor het versnellen van de massale acceptatie van elektrische voertuigen. Naar verwachting zullen de prijzen voor lithium-ionbatterijen in 2023 rond de $100/kWh liggen. Lithium-ionbatterijen kunnen autofabrikanten in staat stellen om de nadruk te leggen op factoren zoals gebruiksgemak of oplaadtijd in plaats van alleen op de prijs.