แบตเตอรี่ LiFePO4

รายงานประจำไตรมาสที่ 3 ปี 2021 ของ Tesla ได้ประกาศการเปลี่ยนมาใช้แบตเตอรี่ LiFePO4 เพื่อเป็นมาตรฐานใหม่ในรถยนต์แต่แบตเตอรี่ LiFePO4 คืออะไรกันแน่?

นิวยอร์ก นิวยอร์ก สหรัฐอเมริกา 26 พฤษภาคม 2565 /EINPresswire.com / — เป็นทางเลือกที่ดีกว่าแบตเตอรี่ Li-Ion หรือไม่ทำให้แบตเตอรี่เหล่านี้แตกต่างจากแบตเตอรี่อื่นๆ อย่างไร?

รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับแบตเตอรี่ LiFePO4

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP) เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีอัตราการชาร์จและการคายประจุที่เร็วขึ้นเป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ที่มี LiFePO4 เป็นแคโทด และอิเล็กโทรดคาร์บอนกราไฟต์ที่มีส่วนหลังเป็นโลหะเป็นแอโนด

แบตเตอรี่ LiFePO4 มีความหนาแน่นของพลังงานต่ำกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและมีแรงดันไฟฟ้าในการทำงานต่ำกว่ามีอัตราการคายประจุต่ำโดยมีเส้นโค้งแนวนอนและปลอดภัยกว่า Li-ionแบตเตอรี่เหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าแบตเตอรี่ลิเธียมเฟอร์โรฟอสเฟต

การประดิษฐ์แบตเตอรี่ LiFePO4

แบตเตอรี่ LiFePO4 ถูกคิดค้นโดย John B. Goodenough และ Arumugam Manthiramพวกเขาเป็นหนึ่งในกลุ่มแรกๆ ที่กำหนดวัสดุที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนวัสดุแอโนดไม่เหมาะสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเนื่องจากมีแนวโน้มที่จะลัดวงจรทันที

นักวิทยาศาสตร์พบว่าวัสดุแคโทดดีกว่าเมื่อเทียบกับแคโทดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสิ่งนี้สังเกตได้ชัดเจนเป็นพิเศษในรุ่นแบตเตอรี่ LiFePO4ช่วยเพิ่มเสถียรภาพและการนำไฟฟ้า และปรับปรุงด้านอื่นๆ ที่หลากหลาย

ปัจจุบันแบตเตอรี่ LiFePO4 พบได้ทุกที่และมีการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการใช้งานในเรือ ระบบสุริยะ และยานพาหนะแบตเตอรี่ LiFePO4 ปราศจากโคบอลต์และมีราคาถูกกว่าแบตเตอรี่ทดแทนส่วนใหญ่ไม่เป็นพิษและมีอายุการเก็บรักษานานกว่า

ข้อมูลจำเพาะแบตเตอรี่ LFP -

หน้าที่ของระบบการจัดการแบตเตอรี่ในแบตเตอรี่ LFP

แบตเตอรี่ LFP ประกอบด้วยมากกว่าเซลล์ที่เชื่อมต่อกันพวกเขามีระบบที่ทำให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่อยู่ในขอบเขตที่ปลอดภัยระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS) จะปกป้อง ควบคุม และตรวจสอบแบตเตอรี่ภายใต้สภาวะการทำงานเพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยและยืดอายุแบตเตอรี่

ฟังก์ชั่นของระบบการจัดการแบตเตอรี่ในแบตเตอรี่ LFP -

แม้ว่าเซลล์ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตจะมีความทนทานมากกว่า แต่ก็มีแนวโน้มที่จะเกิดแรงดันไฟฟ้าเกินในระหว่างการชาร์จ ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพลดลงวัสดุที่ใช้กับแคโทดอาจเสื่อมสภาพและสูญเสียความเสถียรBMS จะควบคุมเอาต์พุตของแต่ละเซลล์และช่วยให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของแบตเตอรี่ยังคงอยู่

เมื่อวัสดุอิเล็กโทรดเสื่อมสภาพ แรงดันไฟฟ้าตกจะกลายเป็นปัญหาร้ายแรงหากแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ใดๆ ลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนด BMS จะตัดการเชื่อมต่อแบตเตอรี่ออกจากวงจรนอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นแบ็คสต็อปในสภาวะกระแสไฟเกิน และจะปิดการทำงานในระหว่างการลัดวงจร

แบตเตอรี่ LiFePO4 กับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

แบตเตอรี่ LiFePO4 ไม่เหมาะกับอุปกรณ์สวมใส่ เช่น นาฬิกามีความหนาแน่นของพลังงานต่ำกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมอื่นๆอย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้เป็นสิ่งที่ดีที่สุดสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ รถบ้าน รถกอล์ฟ เรือเบส และรถจักรยานยนต์ไฟฟ้า

★ข้อดีหลักประการหนึ่งของแบตเตอรี่เหล่านี้คืออายุการใช้งานของแบตเตอรี่

แบตเตอรี่เหล่านี้มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าแบตเตอรี่อื่นๆ ถึง 4 เท่ามีความปลอดภัยมากกว่าและสามารถเข้าถึงความลึกได้ถึง 100% ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้งานได้เป็นระยะเวลานานขึ้น

ด้านล่างนี้คือเหตุผลเพิ่มเติมว่าทำไมแบตเตอรี่เหล่านี้จึงเป็นทางเลือกที่ดีกว่าแบตเตอรี่ Li-ion

★ต้นทุนต่ำ

แบตเตอรี่ LFP ประกอบด้วยเหล็กและฟอสฟอรัส ซึ่งขุดขึ้นมาได้ในปริมาณมหาศาลและมีราคาไม่แพงค่าใช้จ่ายของแบตเตอรี่ LFP คาดว่าจะต่ำกว่าแบตเตอรี่ NMC ที่อุดมด้วยนิกเกิลถึง 70 เปอร์เซ็นต์ต่อกิโลกรัมองค์ประกอบทางเคมีให้ความได้เปรียบด้านต้นทุนราคาเซลล์ที่รายงานต่ำสุดสำหรับแบตเตอรี่ LFP ลดลงต่ำกว่า 100 ดอลลาร์/kWh เป็นครั้งแรกในปี 2020

★ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเล็กน้อย
แบตเตอรี่ LFP ไม่มีนิกเกิลหรือโคบอลต์ ซึ่งมีราคาแพงและมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมากแบตเตอรี่เหล่านี้สามารถชาร์จใหม่ได้ซึ่งแสดงถึงความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

★ปรับปรุงประสิทธิภาพและสมรรถนะ
แบตเตอรี่ LFP ขึ้นชื่อในเรื่องอายุการใช้งานที่ยาวนาน ทำให้เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการใช้งานที่ต้องการกำลังไฟฟ้าที่เชื่อถือได้และสม่ำเสมอเมื่อเวลาผ่านไปแบตเตอรี่เหล่านี้มีอัตราการสูญเสียความจุช้ากว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอื่นๆ ซึ่งช่วยรักษาประสิทธิภาพในระยะยาวนอกจากนี้ยังมีแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่ต่ำกว่า ส่งผลให้มีความต้านทานภายในน้อยลงและความเร็วในการชาร์จ/คายประจุเร็วขึ้น

★เพิ่มความปลอดภัยและเสถียรภาพ
แบตเตอรี่ LFP มีความเสถียรทางความร้อนและทางเคมี ดังนั้นจึงมีโอกาสน้อยที่จะระเบิดหรือติดไฟLFP ผลิตความร้อนหนึ่งในหกของ NMC ที่อุดมด้วยนิกเกิลเนื่องจากพันธะ Co-O นั้นแข็งแกร่งกว่าในแบตเตอรี่ LFP อะตอมของออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาช้ากว่าหากเกิดการลัดวงจรหรือร้อนเกินไปนอกจากนี้ ไม่มีลิเธียมเหลืออยู่ในเซลล์ที่มีประจุเต็ม ทำให้มีความทนทานต่อการสูญเสียออกซิเจนได้สูง เมื่อเปรียบเทียบกับปฏิกิริยาคายความร้อนที่พบในเซลล์ลิเธียมอื่นๆ

★ขนาดเล็กและน้ำหนักเบา
แบตเตอรี่ LFP มีน้ำหนักเบากว่าแบตเตอรี่ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์เกือบ 50%เบากว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดถึง 70%เมื่อคุณใช้แบตเตอรี่ LiFePO4 ในยานพาหนะ คุณจะใช้แก๊สน้อยลงและมีความคล่องตัวมากขึ้นอีกทั้งยังมีขนาดเล็กและกะทัดรัด ช่วยให้คุณประหยัดพื้นที่บนสกู๊ตเตอร์ เรือ รถบ้าน หรืองานอุตสาหกรรม

แบตเตอรี่ LiFePO4 กับแบตเตอรี่ที่ไม่ใช่ลิเธียม
แบตเตอรี่ที่ไม่ใช่ลิเธียมมีข้อดีหลายประการ แต่มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนได้ในระยะกลาง เนื่องจากแบตเตอรี่ LiFePo4 ใหม่มีศักยภาพ เนื่องจากเทคโนโลยีรุ่นเก่ามีราคาแพงและมีประสิทธิภาพน้อยกว่า

☆แบตเตอรี่ตะกั่วกรด
แบตเตอรี่ตะกั่วกรดอาจดูเหมือนคุ้มค่าในตอนแรก แต่สุดท้ายจะมีราคาแพงกว่าในระยะยาวเนื่องจากพวกเขาต้องการการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนบ่อยครั้งมากขึ้นแบตเตอรี่ LiFePO4 มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น 2-4 เท่าโดยไม่จำเป็นต้องบำรุงรักษา

☆แบตเตอรี่เจล
แบตเตอรี่เจล เช่น แบตเตอรี่ LiFePO4 ไม่จำเป็นต้องชาร์จซ้ำบ่อยๆ และไม่เสียประจุขณะจัดเก็บแต่แบตเตอรี่เจลจะชาร์จในอัตราที่ช้ากว่าต้องตัดการเชื่อมต่อทันทีที่ชาร์จเต็มแล้วเพื่อหลีกเลี่ยงการทำลาย

☆แบตเตอรี่ประชุมผู้ถือหุ้น
แม้ว่าแบตเตอรี่ AGM มีความเสี่ยงสูงที่จะเกิดความเสียหายเมื่อมีความจุต่ำกว่า 50% แต่แบตเตอรี่ LiFePO4 ก็สามารถคายประจุจนหมดได้โดยไม่มีความเสี่ยงต่อความเสียหายนอกจากนี้ยังเป็นเรื่องยากที่จะรักษาพวกเขาไว้

การใช้งานสำหรับแบตเตอรี่ LiFePO4
แบตเตอรี่ LiFePO4 มีการใช้งานอันทรงคุณค่ามากมาย ได้แก่

●เรือประมงและเรือคายัค: คุณสามารถใช้เวลาอยู่บนน้ำได้มากขึ้นโดยใช้เวลาชาร์จน้อยลงและมีเวลาวิ่งนานขึ้นน้ำหนักที่น้อยลงทำให้ควบคุมได้ง่ายขึ้นและเร่งความเร็วได้ในระหว่างการแข่งขันตกปลาที่มีเดิมพันสูง

● สกู๊ตเตอร์เคลื่อนที่และโมเพด: ไม่มีน้ำหนักใดๆ ที่จะทำให้คุณช้าลงได้ชาร์จแบตเตอรี่ให้น้อยกว่าความจุสูงสุดสำหรับการเดินทางโดยธรรมชาติโดยไม่ทำให้แบตเตอรี่เสียหาย

● โครงสร้างพลังงานแสงอาทิตย์: พกพาแบตเตอรี่ LiFePO4 น้ำหนักเบาไปทุกที่ที่ชีวิตพาคุณไป (แม้แต่บนภูเขาหรือนอกโครงข่าย) เพื่อควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์

●การใช้งานเชิงพาณิชย์: แบตเตอรี่ลิเธียมเหล่านี้เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมที่ปลอดภัยและทนทานที่สุด ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรม เช่น เครื่องตั้งพื้น ประตูลิฟต์ และอื่นๆ

นอกจากนี้ แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตยังจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์อื่นๆ อีกมากมาย เช่น ไฟฉาย บุหรี่ไฟฟ้า อุปกรณ์วิทยุ ไฟฉุกเฉิน และอุปกรณ์อื่นๆ

ความเป็นไปได้สำหรับการใช้งาน LFP แบบ Wid-Scale
แม้ว่าแบตเตอรี่ LFP จะมีราคาถูกกว่าและมีเสถียรภาพมากกว่าแบตเตอรี่ทางเลือกอื่น แต่ความหนาแน่นของพลังงานก็เป็นอุปสรรคสำคัญในการนำไปใช้อย่างแพร่หลายแบตเตอรี่ LFP มีความหนาแน่นของพลังงานต่ำกว่ามาก โดยอยู่ระหว่าง 15 ถึง 25%อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้กำลังเปลี่ยนแปลงโดยใช้อิเล็กโทรดที่หนาขึ้นเหมือนกับที่ใช้ในโมเดล 3 ที่ผลิตในเซี่ยงไฮ้ ซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงาน 359Wh/ลิตร

เนื่องจากอายุการใช้งานที่ยาวนานของแบตเตอรี่ LFP จึงมีความจุมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีน้ำหนักใกล้เคียงกันซึ่งหมายความว่าความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่เหล่านี้จะใกล้เคียงกันมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป

อุปสรรคอีกประการหนึ่งในการนำไปใช้ในวงกว้างก็คือจีนได้ครองตลาดเนื่องจากมีสิทธิบัตร LFP จำนวนมากเมื่อสิทธิบัตรเหล่านี้หมดอายุ จึงมีการคาดการณ์ว่าการผลิต LFP เช่นเดียวกับการผลิตรถยนต์ จะถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่น

ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ เช่น ฟอร์ด โฟล์คสวาเกน และเทสลา ใช้เทคโนโลยีนี้มากขึ้นโดยแทนที่สูตรนิกเกิลหรือโคบอลต์การประกาศล่าสุดโดย Tesla ในการอัปเดตรายไตรมาสเป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้นนอกจากนี้ Tesla ยังให้ข้อมูลอัปเดตสั้นๆ เกี่ยวกับชุดแบตเตอรี่ 4680 ซึ่งจะมีความหนาแน่นและพิสัยของพลังงานที่สูงขึ้นอาจเป็นไปได้ว่า Tesla จะใช้โครงสร้างแบบ "เซลล์ต่อแพ็ค" เพื่อควบแน่นเซลล์มากขึ้นและรองรับความหนาแน่นของพลังงานที่ลดลง

แม้ว่าอายุจะมากก็ตามแอลเอฟพีและการลดต้นทุนแบตเตอรี่อาจมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเร่งการนำ EV มาใช้จำนวนมากภายในปี 2566 คาดว่าราคาลิเธียมไอออนจะอยู่ที่ประมาณ 100 ดอลลาร์ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงLFP อาจช่วยให้ผู้ผลิตรถยนต์สามารถเน้นปัจจัยต่างๆ เช่น ความสะดวกหรือเวลาในการชาร์จ แทนที่จะเป็นเพียงราคา