รายงานผลประกอบการไตรมาสที่ 3 ปี 2021 ของ Tesla ประกาศการเปลี่ยนไปใช้แบตเตอรี่ LiFePO4 เป็นมาตรฐานใหม่ในรถยนต์ของบริษัท แต่แบตเตอรี่ LiFePO4 คืออะไรกันแน่?
นิวยอร์ก สหรัฐอเมริกา 26 พฤษภาคม 2022 /EINPresswire.com/ — แบตเตอรี่เหล่านี้เป็นทางเลือกที่ดีกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหรือไม่? แบตเตอรี่เหล่านี้แตกต่างจากแบตเตอรี่ชนิดอื่นอย่างไร?
ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับแบตเตอรี่ LiFePO4
แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP) เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีอัตราการชาร์จและการคายประจุที่เร็วขึ้น เป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จซ้ำได้ โดยใช้ LiFePO4 เป็นแคโทด และอิเล็กโทรดคาร์บอนกราไฟต์ที่มีแผ่นโลหะรองรับเป็นแอโนด
แบตเตอรี่ LiFePO4 มีความหนาแน่นพลังงานต่ำกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และมีแรงดันไฟฟ้าใช้งานต่ำกว่า มีอัตราการคายประจุต่ำโดยมีกราฟแสดงประสิทธิภาพเป็นเส้นตรง และปลอดภัยกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่เหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าแบตเตอรี่ลิเธียมเฟอร์โรฟอสเฟต
การประดิษฐ์แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4)
แบตเตอรี่ LiFePO4 ถูกคิดค้นโดย John B. Goodenough และ Arumugam Manthiram พวกเขาเป็นกลุ่มแรกๆ ที่กำหนดวัสดุที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน วัสดุขั้วบวกไม่เหมาะสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเนื่องจากมีแนวโน้มที่จะลัดวงจรทันที
นักวิทยาศาสตร์พบว่าวัสดุแคโทดนั้นดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับแคโทดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแบตเตอรี่ LiFePO4 วัสดุเหล่านี้ช่วยเพิ่มเสถียรภาพและการนำไฟฟ้า และปรับปรุงคุณสมบัติอื่นๆ อีกหลายประการ
ปัจจุบันแบตเตอรี่ LiFePO4 พบได้ทั่วไปและมีการใช้งานหลากหลาย รวมถึงการใช้งานในเรือ ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ และยานพาหนะ แบตเตอรี่ LiFePO4 ปราศจากโคบอลต์และมีราคาถูกกว่าแบตเตอรี่ทางเลือกอื่นๆ ส่วนใหญ่ นอกจากนี้ยังไม่เป็นพิษและมีอายุการเก็บรักษาที่ยาวนานกว่า
ข้อมูลจำเพาะของแบตเตอรี่ LFP -
หน้าที่ของระบบจัดการแบตเตอรี่ในแบตเตอรี่ LFP
แบตเตอรี่ LFP ไม่ได้ประกอบขึ้นจากเซลล์ที่เชื่อมต่อกันเพียงอย่างเดียว แต่ยังมีระบบที่ช่วยให้แบตเตอรี่อยู่ในขอบเขตที่ปลอดภัย ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) จะปกป้อง ควบคุม และตรวจสอบแบตเตอรี่ในระหว่างการใช้งาน เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยและยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่
หน้าที่ของระบบจัดการแบตเตอรี่ในแบตเตอรี่ LFP -
แม้ว่าเซลล์ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตจะทนทานกว่า แต่ก็ยังเสี่ยงต่อแรงดันไฟฟ้าเกินขณะชาร์จ ซึ่งจะลดประสิทธิภาพลง วัสดุที่ใช้ทำขั้วแคโทดอาจเสื่อมสภาพและสูญเสียความเสถียรได้ ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) จะควบคุมเอาต์พุตของแต่ละเซลล์และทำให้มั่นใจว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของแบตเตอรี่จะคงที่
เมื่อวัสดุอิเล็กโทรดเสื่อมสภาพ แรงดันไฟฟ้าต่ำเกินไปจะกลายเป็นปัญหาใหญ่ หากแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ใดเซลล์หนึ่งลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนด ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) จะตัดการเชื่อมต่อแบตเตอรี่ออกจากวงจร นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นตัวสำรองในกรณีที่เกิดกระแสเกิน และจะปิดการทำงานเมื่อเกิดการลัดวงจร
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4)
แบตเตอรี่ LiFePO4 ไม่เหมาะสำหรับอุปกรณ์สวมใส่ เช่น นาฬิกา เนื่องจากมีความหนาแน่นพลังงานต่ำกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมชนิดอื่น ๆ อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ชนิดนี้เหมาะที่สุดสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ รถบ้าน รถกอล์ฟ เรือตกปลา และรถจักรยานยนต์ไฟฟ้า
★ข้อดีหลักอย่างหนึ่งของแบตเตอรี่เหล่านี้คืออายุการใช้งานที่ยาวนาน
แบตเตอรี่เหล่านี้ใช้งานได้นานกว่าแบตเตอรี่ทั่วไปถึง 4 เท่า ปลอดภัยกว่า และสามารถคายประจุได้ถึง 100% ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้งานได้ในระยะเวลาที่ยาวนานขึ้น
ด้านล่างนี้คือเหตุผลเพิ่มเติมว่าทำไมแบตเตอรี่เหล่านี้จึงเป็นทางเลือกที่ดีกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
★ราคาประหยัด
แบตเตอรี่ LFP ประกอบด้วยเหล็กและฟอสฟอรัส ซึ่งมีการขุดขึ้นมาในปริมาณมหาศาล และมีราคาไม่แพง คาดว่าต้นทุนของแบตเตอรี่ LFP จะต่ำกว่าแบตเตอรี่ NMC ที่มีนิกเกลเป็นส่วนประกอบหลักถึง 70 เปอร์เซ็นต์ต่อกิโลกรัม องค์ประกอบทางเคมีของแบตเตอรี่ชนิดนี้ทำให้ได้เปรียบในด้านต้นทุน ราคาเซลล์แบตเตอรี่ LFP ที่ต่ำที่สุดที่รายงานไว้ลดลงต่ำกว่า 100 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงเป็นครั้งแรกในปี 2020
★ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อย
แบตเตอรี่ LFP ไม่มีส่วนประกอบของนิกเกลหรือโคบอลต์ ซึ่งมีราคาแพงและส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมาก แบตเตอรี่เหล่านี้สามารถชาร์จใหม่ได้ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
★ประสิทธิภาพและสมรรถนะที่ดียิ่งขึ้น
แบตเตอรี่ LFP ขึ้นชื่อเรื่องอายุการใช้งานที่ยาวนาน ทำให้เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับงานที่ต้องการพลังงานที่เชื่อถือได้และสม่ำเสมอตลอดเวลา แบตเตอรี่เหล่านี้มีอัตราการสูญเสียความจุช้ากว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดอื่น ซึ่งช่วยรักษาประสิทธิภาพในระยะยาว นอกจากนี้ยังมีแรงดันไฟฟ้าในการทำงานต่ำกว่า ส่งผลให้มีความต้านทานภายในน้อยลงและอัตราการชาร์จ/คายประจุเร็วขึ้น
★เพิ่มความปลอดภัยและเสถียรภาพ
แบตเตอรี่ LFP มีเสถียรภาพทางความร้อนและทางเคมี จึงมีโอกาสระเบิดหรือเกิดไฟไหม้น้อยกว่า แบตเตอรี่ LFP ผลิตความร้อนเพียงหนึ่งในหกของแบตเตอรี่ NMC ที่มีนิกเกลเป็นส่วนประกอบหลัก เนื่องจากพันธะ Co-O ในแบตเตอรี่ LFP แข็งแรงกว่า อะตอมของออกซิเจนจึงถูกปล่อยออกมาอย่างช้าๆ หากเกิดการลัดวงจรหรือความร้อนสูงเกินไป นอกจากนี้ เซลล์ที่ชาร์จเต็มแล้วจะไม่มีลิเธียมเหลืออยู่ ทำให้ทนต่อการสูญเสียออกซิเจนได้ดีกว่าปฏิกิริยาคายความร้อนที่พบในเซลล์ลิเธียมชนิดอื่นๆ
★ขนาดเล็กและน้ำหนักเบา
แบตเตอรี่ LiFePO4 มีน้ำหนักเบากว่าแบตเตอรี่ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์เกือบ 50% และเบากว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดถึง 70% เมื่อใช้แบตเตอรี่ LiFePO4 ในยานพาหนะ คุณจะใช้น้ำมันน้อยลงและควบคุมรถได้คล่องตัวมากขึ้น นอกจากนี้ยังมีขนาดเล็กและกะทัดรัด ช่วยประหยัดพื้นที่ในสกูตเตอร์ เรือ รถบ้าน หรือการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ
แบตเตอรี่ลิเธียมเฟอร์ไรต์ฟอสเฟต (LiFePO4) เทียบกับแบตเตอรี่ที่ไม่ใช้ลิเธียม
แบตเตอรี่ที่ไม่ใช้ลิเธียมมีข้อดีหลายประการ แต่มีแนวโน้มที่จะถูกแทนที่ในระยะกลาง เนื่องจากศักยภาพของแบตเตอรี่ LiFePo4 รุ่นใหม่ เพราะเทคโนโลยีแบบเก่ามีราคาแพงและประสิทธิภาพต่ำกว่า
☆แบตเตอรี่ตะกั่วกรด
แบตเตอรี่ตะกั่วกรดอาจดูเหมือนประหยัดค่าใช้จ่ายในตอนแรก แต่ในระยะยาวแล้วกลับมีราคาแพงกว่า เนื่องจากต้องบำรุงรักษาและเปลี่ยนบ่อยกว่า ในขณะที่แบตเตอรี่ LiFePO4 จะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 2-4 เท่า และไม่ต้องบำรุงรักษา
☆แบตเตอรี่เจล
แบตเตอรี่แบบเจล เช่น แบตเตอรี่ LiFePO4 ไม่จำเป็นต้องชาร์จบ่อย และไม่สูญเสียประจุขณะเก็บรักษา แต่แบตเตอรี่แบบเจลจะชาร์จช้ากว่า จึงต้องถอดปลั๊กออกทันทีที่ชาร์จเต็มเพื่อป้องกันความเสียหาย
☆แบตเตอรี่ AGM
ในขณะที่แบตเตอรี่ AGM มีความเสี่ยงสูงที่จะเสียหายเมื่อความจุต่ำกว่า 50% แบตเตอรี่ LiFePO4 สามารถคายประจุจนหมดได้โดยไม่มีความเสี่ยงต่อความเสียหายใดๆ นอกจากนี้ การดูแลรักษาแบตเตอรี่ชนิดนี้ให้อยู่ในสภาพพร้อมใช้งานตลอดเวลาก็ทำได้ยากกว่า
การใช้งานแบตเตอรี่ LiFePO4
แบตเตอรี่ LiFePO4 มีการใช้งานที่มีประโยชน์มากมาย รวมถึง
●เรือตกปลาและเรือคายัค: คุณสามารถใช้เวลาอยู่บนน้ำได้นานขึ้นด้วยเวลาชาร์จที่น้อยลงและระยะเวลาใช้งานที่ยาวนานขึ้น น้ำหนักที่เบากว่าช่วยให้ควบคุมได้ง่ายขึ้นและเป็นอุปสรรคในการแข่งขันตกปลาที่มีเดิมพันสูง
●รถสกูตเตอร์และรถมอเตอร์ไซค์ขนาดเล็ก: ไม่มีน้ำหนักส่วนเกินที่จะทำให้คุณช้าลง ชาร์จแบตเตอรี่ให้น้อยกว่าระดับความจุเต็มเพื่อการเดินทางแบบฉุกเฉินโดยไม่ทำให้แบตเตอรี่เสียหาย
●การใช้งานพลังงานแสงอาทิตย์: พกพาแบตเตอรี่ LiFePO4 น้ำหนักเบาไปทุกที่ที่คุณไป (แม้แต่บนภูเขาหรือในพื้นที่ที่ไม่มีไฟฟ้าใช้) เพื่อใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์
●การใช้งานเชิงพาณิชย์: แบตเตอรี่ลิเธียมเหล่านี้มีความปลอดภัยและทนทานที่สุด จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม เช่น เครื่องขัดพื้น ประตูยกสินค้า และอื่นๆ
นอกจากนี้ แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตยังใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับอุปกรณ์อื่นๆ อีกมากมาย เช่น ไฟฉาย บุหรี่ไฟฟ้า อุปกรณ์วิทยุ ไฟฉุกเฉิน และอื่นๆ
ความเป็นไปได้สำหรับการนำ LFP ไปใช้ในวงกว้าง
แม้ว่าแบตเตอรี่ LFP จะมีราคาถูกกว่าและเสถียรกว่าแบตเตอรี่ชนิดอื่น แต่ความหนาแน่นของพลังงานเป็นอุปสรรคสำคัญต่อการนำไปใช้งานอย่างแพร่หลาย แบตเตอรี่ LFP มีความหนาแน่นของพลังงานต่ำมาก โดยอยู่ระหว่าง 15 ถึง 25% อย่างไรก็ตาม สถานการณ์กำลังเปลี่ยนแปลงไป โดยมีการใช้ขั้วไฟฟ้าที่หนาขึ้น เช่นเดียวกับที่ใช้ในรถยนต์ Model 3 ที่ผลิตในเซี่ยงไฮ้ ซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงาน 359 วัตต์ชั่วโมงต่อลิตร
เนื่องจากแบตเตอรี่ LFP มีอายุการใช้งานยาวนาน จึงมีความจุมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีน้ำหนักใกล้เคียงกัน ซึ่งหมายความว่าความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่เหล่านี้จะใกล้เคียงกันมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป
อุปสรรคอีกประการหนึ่งต่อการนำไปใช้ในวงกว้างคือ จีนครองตลาดมาโดยตลอดเนื่องจากมีสิทธิบัตร LFP จำนวนมาก เมื่อสิทธิบัตรเหล่านี้หมดอายุลง มีการคาดการณ์ว่าการผลิต LFP เช่นเดียวกับการผลิตรถยนต์ จะถูกย้ายฐานการผลิตไปยังในประเทศ
ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ เช่น ฟอร์ด โฟล์คสวาเกน และเทสลา ต่างนำเทคโนโลยีนี้มาใช้มากขึ้นเรื่อยๆ โดยแทนที่สูตรนิกเกิลหรือโคบอลต์ การประกาศล่าสุดของเทสลาในรายงานประจำไตรมาสเป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น เทสลายังได้ให้ข้อมูลอัปเดตสั้นๆ เกี่ยวกับแบตเตอรี่แพ็ค 4680 ซึ่งจะมีพลังงานความหนาแน่นและระยะทางการวิ่งที่สูงขึ้น นอกจากนี้ ยังเป็นไปได้ว่าเทสลาจะใช้โครงสร้างแบบ "เซลล์ต่อแพ็ค" เพื่อรวมเซลล์ให้มากขึ้นและรองรับพลังงานความหนาแน่นที่ต่ำลง
แม้จะมีอายุมากแล้วก็ตามแอลเอฟพีและการลดต้นทุนแบตเตอรี่อาจเป็นปัจจัยสำคัญในการเร่งการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้าในวงกว้าง คาดว่าภายในปี 2023 ราคาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะอยู่ที่ประมาณ 100 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ (LFP) อาจช่วยให้ผู้ผลิตรถยนต์สามารถเน้นปัจจัยต่างๆ เช่น ความสะดวกสบายหรือเวลาในการชาร์จไฟ มากกว่าที่จะเน้นแค่ราคาเพียงอย่างเดียว
วันที่โพสต์: 24 มิถุนายน 2022