Lítium vas-foszfát akkumulátorok

A lítium-vas-foszfát akkumulátorok ideális választás szabadidős alkalmazásokhoz, mivel hosszú élettartammal, biztonságos felépítéssel és tartós teljesítménnyel büszkélkedhetnek. Emellett nagy energiasűrűségük, alacsony önkisülési rátájuk és környezetbarátságuk tökéletes választássá teszi őket.

Ezek az anyagok ellenállnak a szélsőséges hőmérsékleteknek oxigén kibocsátása nélkül, így kiváló választásnak bizonyulnak tengeri alkalmazásokhoz.

Hosszú életciklus

A lítiumvas-foszfát akkumulátorok (LiFePO4) számos előnyt kínálnak ólom-sav és más lítium akkumulátorokkal szemben, többek között nagyobb biztonságot, hosszabb élettartamot, karbantartást nem igénylő, magas kisütési/töltési hatékonyságot, valamint ideálisak a hálózaton kívüli energiatároláshoz és megújuló napenergia-alkalmazásokhoz. Bár a LiFePO4 akkumulátorok nem a legolcsóbbak a piacon, hosszú távon jelentős költségmegtakarítást jelentenek.

A LiFePO4 akkumulátorok 80% kisülési mélység mellett akár 5000 ciklusnyi hosszú élettartamot is kínálnak - ez sokkal hosszabb, mint hagyományos ólom-sav akkumulátor társaiké, és majdnem kétszerese más lítium-ion akkumulátor típusokénak. Ezenkívül tartósságuk lehetővé teszi számukra, hogy ellenálljanak a szélsőséges hőmérsékleteknek anélkül, hogy lebomlanának vagy oxigént bocsátanának ki a környezetbe.

A lítiumvas-foszfát akkumulátorok számos előnnyel rendelkeznek társaikkal szemben, különösen a termikus kirobbanás elleni védelemmel, ami a lítium akkumulátorok legbiztonságosabb formájává teszi. Emellett alacsonyabb költségeik miatt gazdaságos alternatívát jelentenek, amely nagyobb energiasűrűséggel rendelkezik, mint az ólomsavas akkumulátorok.

A lítiumvas-foszfát akkumulátorok nem csak hosszú élettartamot biztosítanak, hanem környezetbarátok is. Nem szivárognak, nem mérgezőek és újrahasznosíthatók; gyorsabban elérik a teljes töltöttséget, mint más lítium-ion akkumulátor típusok, havonta csak 2-2% önkisüléssel, szemben az eddig látottnál jóval magasabb ólomsavas arányokkal!

Ezek az akkumulátorok alacsonyabb kimeneti feszültséggel rendelkeznek, de ezt hosszú élettartamuk és kiváló teljesítményük ellensúlyozza. A hálózaton kívüli energiatárolás során számos előnyt is kínálnak, többek között azt, hogy alacsonyabb hőmérsékleten működve nagyobb terhelést is képesek kezelni.

A LiFePO4 akkumulátorok rendkívül rugalmasak, így számos felhasználási területre alkalmasak. A LiFePO4 akkumulátorok hosszú üzemidejük és gyors töltési idejük miatt nagy hasznát veszik a robogóknak és a mopedeknek; a napelemes berendezések szintén nagy hasznát veszik, mivel könnyű szerkezetük megkönnyíti a szállítást; a kereskedelmi alkalmazások pedig padlógépek, emelőkapuk, zseblámpák, rádióberendezések és vészvilágítás működtetésére használhatják ezeket a sokoldalú akkumulátorokat!

Nagy energiasűrűség

A lítiumvas-foszfát akkumulátorok (LiFePO4) egyre népszerűbb energiatárolási lehetőséggé váltak, köszönhetően nagy teljesítménysűrűségüknek és hosszú élettartamuknak - ideálisak mobil eszközökhöz. Továbbá a lítium-ion akkumulátorokkal ellentétben ezek sokkal kevésbé hajlamosak a tűzesetekre vagy a termikus elszabadulásra. A LiFePO4-ek továbbá nem tartalmaznak etikátlanul előállított kobaltot és nikkelt; emellett 100% kisülési mélységet (DOD) érnek el, így hosszú távú energiaellátási megoldásokat kínálnak szabadidőjárművek vagy berendezések használatához.

Ezekben az akkumulátorokban a pozitív és negatív elektródákat porózus elválasztó fóliák borítják. A negatív elektródot réz- vagy alumínium áramgyűjtő fóliákkal látják el, míg a pozitív elektród alacsony elektromos vezetőképességű szilárd lítiumvas-foszfát kristályból áll - gyakran alumínium, cirkónium vagy nióbium kationokkal adalékolva a vezetőképesség növelése érdekében; ez lehetővé teszi, hogy az aktív részecskék a szénnel szoros közelségben maradjanak, miközben csökken a lítiumionok szilárd anyagokban való mozgásához szükséges távolság.

Töltés közben a lítiumionok interkalálódnak a negatív elektród grafitrácsába, kisüléskor pedig kioldódnak belőle. E folyamat részeként olyan elektromos mezőt alkalmaznak, amely maximális reakcióáramot hoz létre az elektróda és a szeparátor közötti határfelületen; amint ez az áram eléri a telítési pontot, a koncentráció és a SOC profilok egyenletesebbé válnak.

Az akkumulátor tervezésénél figyelembe kell venni a kapacitást, a töltési-kisütési sebességet és a biztonságot. A lítium-vas-foszfát akkumulátorok nagyobb kapacitással büszkélkedhetnek, mint a lítium-ion akkumulátorok, és több alkalmazáshoz jobban alkalmazhatók - emellett általában hosszabb élettartamúak és magasabb feszültségen tölthetők, mint lítiumos társaik.

Egy hatékony LiFePO4 akkumulátornak ellen kell állnia a szélsőséges körülményeknek, a szélsőséges hőmérséklettől és páratartalomtól kezdve a legalább 500 ciklusra és 100 °C-ig terjedő hőmérsékletre méretezett ciklusokon keresztül a rezgések, a hő és a sokkhatásokig.

A Mitra Chem a gépi tanulást használta fel a General Motor (GM) új járműveihez szükséges akkumulátorok kutatásának és tervezésének felgyorsítására, a valós világból származó adathalmazok felhasználásával és a valós járművek nagy adathalmazainak kiaknázásával a teljesítményt és tartósságot egyaránt biztosító anyagok optimális kombinációinak megtalálására.

Alacsony önkisülési ráta

A lítium-vas-foszfát akkumulátorok az egyik legjobb megoldásként tűnnek ki az alacsonyabb önkisülési arányuk miatt, mivel a tárolás során csak körülbelül 3-4%-ot veszítenek havonta a többi lítiumos megoldáshoz képest. Ez alkalmassá teszi őket olyan hosszú távú alkalmazásokhoz, mint a napenergia-rendszerek vagy a hálózaton kívüli alkalmazások, mivel hosszabb ideig tárolhatók anélkül, hogy a teljesítményt negatívan befolyásolnák.

A lítium-vas-foszfát akkumulátorok nagy teljesítménysűrűségüknek köszönhetően lényegesen kisebbek és könnyebbek, mint az ólom-sav akkumulátorok, így tökéletesek az olyan hordozható alkalmazásokhoz, mint a kempingezés vagy a lakókocsizás. A lítiumvas-foszfát akkumulátorok nem igényelnek különösebb karbantartást, mint az ólom-sav akkumulátorok, és ellenállnak a szélsőséges körülményeknek is; azonban alacsonyabb hőmérsékleten csökken a teljesítménysűrűségük; ennek elkerülése érdekében olyan akkumulátor-kezelő rendszert lehet alkalmazni, amely automatikusan felmelegíti az akkumulátort, amikor a hőmérséklet csökken.

A lítiumvas-foszfát akkumulátorok kiemelkednek a lenyűgöző kisülési mélységükkel (DoD). A LiFePO4 akkumulátorok akár 10% kapacitáskisülési sebességig is képesek elektromos eszközöket táplálni - ez lényegesen jobb, mint az ólom-sav akkumulátoroké, amelyek csak 50% DoD kapacitást érnek el! Továbbá a LiFePO4 akkumulátorokat 5000-szer lehet feltölteni, mielőtt elérnék a névleges kapacitásukat és újra használhatatlanná válnának.

A lítium-vas-foszfát akkumulátorok megbízhatóbbak, mint lítiumos társaik, mivel nem oxidálódnak olyan gyorsan, így nem alakul ki bennük a termikus elszabadulás, ami más lítiumos akkumulátoroknál gyakran előfordul, és robbanáshoz vagy tűzhöz vezethet bennük.

A LiFePO4 akkumulátorok nem igényelnek speciális töltőt, mint más lítium akkumulátorok, ami felhasználóbarátabbá és biztonságosabbá teszi a kezelésüket. Ennek ellenére mindig minőségi lítium akkumulátor töltőket kell használni, hogy az akkumulátoruk ne sérüljön meg szállítás közben.

A lítiumakkumulátor kiválasztásakor alapvető fontosságú, hogy figyelembe vegyük a gyártás környezeti hatását. A gyártásnak minden nemzeti és nemzetközi szabványt be kell tartania a környezeti károk csökkentése és a felhasználók biztonságának biztosítása érdekében. Ezenkívül az akkumulátorok tesztelését olyan automatizált eszközzel kell elvégezni, mint az Ufine Battery Tester, amely nagy tételek hatékony tesztelésére képes, miközben hatékonyan rögzíti az adatokat.

Környezetbarát

A lítiumvas-foszfát akkumulátorok környezetbarát választásnak számítanak az energiatároló rendszerekhez. A töltés és kisütés során nem szabadul fel károsanyag-kibocsátás; továbbá a szélsőséges hőmérsékletek nem jelentenek biztonsági kockázatot; továbbá a lítiumvas-foszfát akkumulátorok túlmelegedés esetén nem robbannak fel; kiváló környezettudatos alternatívát jelentenek a környezetünket szennyező nehézfém elemeket tartalmazó ólom-sav akkumulátorokkal szemben.

A lítiumvas-foszfát akkumulátorok LiFePO4 pozitív elektródákat használnak, amely egy olivinszerű lítiumvas-foszfát, háromdimenziós kristályszerkezettel, amely lehetővé teszi a lítium könnyű mozgását az akkumulátor felei között a nagyobb teljesítménysűrűség érdekében, valamint átmeneti fémekkel való adalékolással az aktivitás fokozása érdekében. A LiFePO4 a természetben is előforduló ásvány, amelynek kiváló hőstabilitási tulajdonságai biztosítják, hogy a használat során soha nem bomlik le.

A lítiumvas-foszfát akkumulátorok akár 1000 töltési/kisütési ciklust is kibírnak kapacitásvesztés nélkül, miközben a töltés fele annyi idő alatt történik, mint az ólom-sav akkumulátorok esetében. Ideálisak az olyan megújuló energiaforrásokhoz is, mint a szél- és napenergia, mivel a tárolt energia hosszú időn keresztül megmarad.

A lítiumvas-foszfát akkumulátorok környezetbarátabb megoldásként tűnnek ki, mint az ólomsavas akkumulátorok, amelyek olyan mérgező anyagokat tartalmaznak, mint a higany, arzén, kadmium és króm, amelyek szennyezik a környezetet. Ezek még újrahasznosíthatók is anélkül, hogy káros anyagokat bocsátanának ki a környezetbe.

Az akkumulátorgyártóknak figyelembe kell venniük, hogy gyártási és újrahasznosítási folyamataik hogyan hatnak a környezetre, amikor megvásárolni vagy újrahasznosítani kívánt akkumulátorokat választanak. A lítium-vas-foszfát akkumulátor büszkélkedhet a legkisebb környezeti lábnyommal, mivel az építés során újrahasznosított anyagokat használnak fel; emellett az élettartama meghaladja a többi opcióét, és a környezetszennyezéstől mentes jellege különösen vonzóvá teszi ezt az akkumulátortípust.

Ez a tanulmány az energiatárolásra használt lítiumvas-foszfát akkumulátorok környezeti hatásainak mélyreható értékelését mutatja be a Brightway2 LCA keretrendszer segítségével. Az elemzés figyelembe veszi a réz, a grafit, az alumínium, a lítiumvas-foszfát és a villamosenergia-fogyasztás mennyiségét, valamint bizonytalansági és érzékenységi elemzéseket végez, hogy értékelni lehessen a változók változásainak az eredményekre gyakorolt hatását.