باتری LiFePO4

باتری لیتیوم آهن فسفات یک باتری لیتیوم-یونی است که از فسفات آهن لیتیوم (LiFePO4) به عنوان ماده الکترود مثبت و کربن به عنوان ماده الکترود منفی استفاده می‌کند.
در طول فرآیند شارژ، مقداری از یون‌های لیتیوم موجود در فسفات آهن لیتیوم استخراج می‌شوند، از طریق الکترولیت به الکترود منفی منتقل می‌شوند و در ماده کربنی الکترود منفی جاسازی می‌شوند. همزمان، الکترون‌ها از الکترود مثبت آزاد می‌شوند و از مدار خارجی به الکترود منفی می‌رسند تا تعادل واکنش شیمیایی حفظ شود. در طول فرآیند دشارژ، یون‌های لیتیوم از الکترود منفی استخراج می‌شوند و از طریق الکترولیت به الکترود مثبت می‌رسند. در همان زمان، الکترود منفی الکترون‌ها را آزاد می‌کند و از مدار خارجی به الکترود مثبت می‌رسد تا انرژی را برای دنیای خارج فراهم کند.
باتری‌های LiFePO4 دارای مزایای ولتاژ کاری بالا، چگالی انرژی بالا، عمر چرخه طولانی، عملکرد ایمنی خوب، میزان خود تخلیه پایین و عدم وجود اثر حافظه هستند.
ویژگی‌های ساختاری باتری
سمت چپ باتری لیتیوم آهن فسفات، یک الکترود مثبت متشکل از ماده LiFePO4 با ساختار الیوین است که توسط یک فویل آلومینیومی به الکترود مثبت باتری متصل شده است. در سمت راست، الکترود منفی باتری متشکل از کربن (گرافیت) قرار دارد که توسط یک فویل مسی به الکترود منفی باتری متصل شده است. در وسط، یک جداکننده پلیمری وجود دارد که الکترود مثبت را از الکترود منفی جدا می‌کند و یون‌های لیتیوم می‌توانند از جداکننده عبور کنند اما الکترون‌ها نمی‌توانند. فضای داخلی باتری با الکترولیت پر شده است و باتری توسط یک پوشش فلزی به طور کامل آب‌بندی شده است.

ویژگی‌های باتری لیتیوم آهن فسفات
چگالی انرژی بالاتر

طبق گزارش‌ها، چگالی انرژی باتری فسفات آهن لیتیوم با پوسته آلومینیومی مربعی که در سال ۲۰۱۸ به تولید انبوه رسید، حدود ۱۶۰ وات ساعت بر کیلوگرم است. در سال ۲۰۱۹، برخی از تولیدکنندگان عالی باتری احتمالاً می‌توانند به سطح ۱۷۵ تا ۱۸۰ وات ساعت بر کیلوگرم دست یابند. فناوری تراشه و ظرفیت آن بزرگتر شده است، یا می‌توان به ۱۸۵ وات ساعت بر کیلوگرم دست یافت.
عملکرد ایمنی خوب
عملکرد الکتروشیمیایی ماده کاتد باتری لیتیوم آهن فسفات نسبتاً پایدار است، که نشان می‌دهد این باتری دارای یک پلتفرم شارژ و دشارژ پایدار است. بنابراین، ساختار باتری در طول فرآیند شارژ و دشارژ تغییر نمی‌کند و نمی‌سوزد و منفجر نمی‌شود. این باتری در شرایط خاص مانند شارژ، فشار و طب سوزنی همچنان بسیار ایمن است.

عمر چرخه طولانی

عمر چرخه ۱C باتری‌های لیتیوم آهن فسفات عموماً به ۲۰۰۰ برابر یا حتی بیش از ۳۵۰۰ برابر می‌رسد، در حالی که بازار ذخیره‌سازی انرژی به بیش از ۴۰۰۰ تا ۵۰۰۰ برابر نیاز دارد که عمر مفید ۸ تا ۱۰ سال را تضمین می‌کند، که بالاتر از ۱۰۰۰ چرخه باتری‌های سه‌تایی است. عمر چرخه باتری‌های سرب-اسیدی با عمر طولانی حدود ۳۰۰ برابر است.
کاربرد صنعتی باتری لیتیوم آهن فسفات

کاربرد صنعت خودروهای انرژی نو

«طرح توسعه صنعت خودروهای کم‌مصرف و انرژی نو» کشور من پیشنهاد می‌کند که «هدف کلی توسعه خودروهای کم‌مصرف کشور من این است: تا سال ۲۰۲۰، تولید و فروش تجمعی خودروهای کم‌مصرف و انرژی نو به ۵ میلیون دستگاه برسد و مقیاس صنعت خودروهای کم‌مصرف و انرژی نو کشور من در ردیف اول جهان قرار گیرد». باتری‌های فسفات آهن لیتیوم به دلیل مزایای ایمنی خوب و هزینه پایین، به طور گسترده در خودروهای سواری، خودروهای مسافربری، خودروهای لجستیکی، خودروهای برقی کم‌سرعت و غیره استفاده می‌شوند. تحت تأثیر سیاست‌ها، باتری‌های سه‌تایی با مزیت چگالی انرژی، جایگاه غالب را به خود اختصاص داده‌اند، اما باتری‌های فسفات آهن لیتیوم هنوز مزایای غیرقابل جایگزینی در خودروهای سواری، خودروهای لجستیکی و سایر زمینه‌ها دارند. در زمینه خودروهای سواری، باتری‌های لیتیوم آهن فسفات حدود 76٪، 81٪ و 78٪ از دسته‌های پنجم، ششم و هفتم «کاتالوگ مدل‌های پیشنهادی برای ارتقاء و کاربرد وسایل نقلیه انرژی نو» (که از این پس «کاتالوگ» نامیده می‌شود) را در سال 2018 به خود اختصاص دادند. ٪، که همچنان جریان اصلی را حفظ می‌کند. در زمینه وسایل نقلیه ویژه، باتری‌های لیتیوم آهن فسفات به ترتیب حدود 30٪، 32٪ و 40٪ از دسته‌های پنجم، ششم و هفتم «کاتالوگ» را در سال 2018 به خود اختصاص دادند و نسبت کاربردها به تدریج افزایش یافته است.
یانگ یوشنگ، عضو آکادمی مهندسی چین، معتقد است که استفاده از باتری‌های فسفات آهن لیتیوم در بازار خودروهای برقی با برد طولانی نه تنها می‌تواند ایمنی خودروها را بهبود بخشد، بلکه از بازاریابی خودروهای برقی با برد طولانی نیز پشتیبانی می‌کند و مسافت پیموده شده، ایمنی، قیمت و هزینه خودروهای برقی خالص را از بین می‌برد. نگرانی در مورد شارژ، مشکلات بعدی باتری و غیره. در دوره زمانی ۲۰۰۷ تا ۲۰۱۳، بسیاری از شرکت‌های خودروسازی پروژه‌هایی را برای خودروهای برقی خالص با برد طولانی راه‌اندازی کرده‌اند.

برنامه را روی پاور اجرا کنید

علاوه بر ویژگی‌های باتری‌های لیتیومی قدرتی، باتری لیتیوم آهن فسفات استارتر همچنین قابلیت تولید توان بالا به صورت آنی را دارد. باتری سرب-اسیدی سنتی با یک باتری لیتیومی قدرتی با انرژی کمتر از یک کیلووات ساعت جایگزین شده است و موتور استارت و ژنراتور سنتی با یک موتور BSG جایگزین شده‌اند. این باتری نه تنها عملکرد استارت-استاپ در حالت سکون را دارد، بلکه عملکردهای خاموش کردن و حرکت آرام موتور، بازیابی انرژی در حالت آرام و ترمز، تقویت شتاب و کروز کنترل الکتریکی را نیز داراست.

کاربردها در بازار ذخیره‌سازی انرژی

باتری LiFePO4 دارای مجموعه‌ای از مزایای منحصر به فرد مانند ولتاژ کار بالا، چگالی انرژی بالا، عمر چرخه طولانی، نرخ خود تخلیه پایین، بدون اثر حافظه، حفاظت از محیط زیست سبز و غیره است و از انبساط بدون وقفه پشتیبانی می‌کند، مناسب برای ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی در مقیاس بزرگ، در نیروگاه‌های انرژی تجدیدپذیر، چشم‌انداز کاربرد خوبی در زمینه‌های اتصال ایمن شبکه تولید برق، تنظیم اوج شبکه برق، نیروگاه‌های توزیع شده، منابع تغذیه UPS و سیستم‌های تامین برق اضطراری دارد.
طبق آخرین گزارش ذخیره‌سازی انرژی که اخیراً توسط GTM Research، یک سازمان تحقیقات بازار بین‌المللی، منتشر شده است، استفاده از پروژه‌های ذخیره‌سازی انرژی در کنار شبکه در چین در سال ۲۰۱۸ همچنان به افزایش مصرف باتری‌های فسفات آهن لیتیوم منجر شده است.
با ظهور بازار ذخیره‌سازی انرژی، در سال‌های اخیر، برخی از شرکت‌های باتری‌سازی، کسب‌وکار ذخیره‌سازی انرژی را برای گشودن بازارهای کاربردی جدید برای باتری‌های لیتیوم آهن فسفاته راه‌اندازی کرده‌اند. از یک سو، به دلیل ویژگی‌های عمر بسیار طولانی، استفاده ایمن، ظرفیت بالا و حفاظت از محیط زیست سبز، لیتیوم آهن فسفاته می‌تواند به حوزه ذخیره‌سازی انرژی منتقل شود که این امر زنجیره ارزش را گسترش داده و ایجاد یک مدل کسب‌وکار جدید را ترویج می‌دهد. از سوی دیگر، سیستم ذخیره‌سازی انرژی که از باتری لیتیوم آهن فسفاته پشتیبانی می‌کند، به انتخاب اصلی در بازار تبدیل شده است. طبق گزارش‌ها، باتری‌های لیتیوم آهن فسفاته برای استفاده در اتوبوس‌های برقی، کامیون‌های برقی، تنظیم فرکانس سمت کاربر و سمت شبکه مورد آزمایش قرار گرفته‌اند.
۱. تولید برق از انرژی‌های تجدیدپذیر مانند تولید برق بادی و تولید برق فتوولتائیک به طور ایمن به شبکه متصل است. تصادفی بودن، تناوب و نوسانات ذاتی تولید برق بادی مشخص می‌کند که توسعه در مقیاس بزرگ آن به ناچار تأثیر قابل توجهی بر عملکرد ایمن سیستم برق خواهد داشت. با توسعه سریع صنعت برق بادی، به ویژه اکثر مزارع بادی در کشور من "توسعه متمرکز در مقیاس بزرگ و انتقال از راه دور" هستند، تولید برق متصل به شبکه مزارع بادی در مقیاس بزرگ، چالش‌های جدی را برای بهره‌برداری و کنترل شبکه‌های برق بزرگ ایجاد می‌کند.
تولید برق فتوولتائیک تحت تأثیر دمای محیط، شدت نور خورشید و شرایط آب و هوایی قرار دارد و تولید برق فتوولتائیک دارای ویژگی‌های نوسانات تصادفی است. کشور من روند توسعه‌ای از «توسعه غیرمتمرکز، دسترسی در محل با ولتاژ پایین» و «توسعه در مقیاس بزرگ، دسترسی با ولتاژ متوسط ​​و بالا» را ارائه می‌دهد که الزامات بالاتری را برای تنظیم اوج مصرف شبکه برق و بهره‌برداری ایمن از سیستم‌های قدرت مطرح می‌کند.
بنابراین، محصولات ذخیره‌سازی انرژی با ظرفیت بالا به عامل کلیدی در حل تضاد بین شبکه برق و تولید انرژی تجدیدپذیر تبدیل شده‌اند. سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری لیتیوم آهن فسفات دارای ویژگی‌های تبدیل سریع شرایط کاری، حالت عملیاتی انعطاف‌پذیر، راندمان بالا، ایمنی و حفاظت از محیط زیست و مقیاس‌پذیری قوی است. مشکل کنترل ولتاژ محلی، قابلیت اطمینان تولید برق انرژی تجدیدپذیر را بهبود می‌بخشد و کیفیت برق را بهبود می‌بخشد، به طوری که انرژی تجدیدپذیر می‌تواند به یک منبع تغذیه مداوم و پایدار تبدیل شود.
با گسترش مداوم ظرفیت و مقیاس و بلوغ مداوم فناوری یکپارچه، هزینه سیستم‌های ذخیره انرژی بیشتر کاهش خواهد یافت. پس از آزمایش‌های ایمنی و قابلیت اطمینان بلندمدت، انتظار می‌رود سیستم‌های ذخیره انرژی باتری لیتیوم آهن فسفات در انرژی‌های تجدیدپذیر مانند انرژی بادی و تولید برق فتوولتائیک مورد استفاده قرار گیرند. این سیستم به طور گسترده در اتصال ایمن شبکه تولید انرژی و بهبود کیفیت برق مورد استفاده قرار گرفته است.
۲- تنظیم پیک شبکه برق. ابزار اصلی تنظیم پیک شبکه برق همیشه نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای بوده‌اند. از آنجا که نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای نیاز به ساخت دو مخزن، مخازن بالایی و پایینی، دارد که به شدت تحت تأثیر شرایط جغرافیایی قرار دارند، ساخت آن در منطقه دشت آسان نیست و منطقه وسیع و هزینه نگهداری آن بالا است. استفاده از سیستم ذخیره انرژی باتری لیتیوم آهن فسفات برای جایگزینی نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای، برای مقابله با پیک بار شبکه برق، بدون محدودیت شرایط جغرافیایی، انتخاب آزاد سایت، سرمایه‌گذاری کمتر، اشغال زمین کمتر، هزینه نگهداری پایین، نقش مهمی در فرآیند تنظیم پیک شبکه برق ایفا خواهد کرد.
۳ نیروگاه‌های توزیع‌شده. به دلیل نقص‌های خود شبکه برق بزرگ، تضمین الزامات کیفیت، کارایی، ایمنی و قابلیت اطمینان منبع تغذیه دشوار است. برای واحدها و شرکت‌های مهم، اغلب به دو منبع تغذیه یا حتی چندین منبع تغذیه به عنوان پشتیبان و حفاظت نیاز است. سیستم ذخیره انرژی باتری لیتیوم آهن فسفات می‌تواند قطع برق ناشی از خرابی شبکه برق و رویدادهای غیرمنتظره مختلف را کاهش داده یا از آن جلوگیری کند و منبع تغذیه ایمن و قابل اعتماد را در بیمارستان‌ها، بانک‌ها، مراکز فرماندهی و کنترل، مراکز پردازش داده‌ها، صنایع مواد شیمیایی و صنایع تولید دقیق تضمین کند. نقش مهمی ایفا می‌کند.
۴ منبع تغذیه یو پی اس. توسعه مداوم و سریع اقتصاد چین منجر به تمرکززدایی از نیازهای کاربران منبع تغذیه یو پی اس شده است که باعث شده صنایع و شرکت‌های بیشتری تقاضای مداوم برای منبع تغذیه یو پی اس داشته باشند.
در مقایسه با باتری‌های سرب-اسید، باتری‌های لیتیوم-آهن فسفاته مزایایی مانند طول عمر بالا، ایمنی و پایداری، حفاظت از محیط زیست سبز و نرخ خود-دشارژ پایین دارند و به طور گسترده مورد استفاده قرار خواهند گرفت.

کاربردها در سایر زمینه‌ها

باتری‌های لیتیوم آهن فسفات به دلیل چرخه عمر خوب، ایمنی، عملکرد در دمای پایین و سایر مزایا، در حوزه نظامی نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. در 10 اکتبر 2018، یک شرکت باتری‌سازی در شاندونگ در اولین نمایشگاه دستاوردهای نوآوری فناوری ادغام نظامی-غیرنظامی چینگدائو حضور پررنگی داشت و محصولات نظامی از جمله باتری‌های نظامی با دمای بسیار پایین -45 درجه سانتیگراد را به نمایش گذاشت.