テスラの 2021 年第 3 四半期のレポートでは、車両の新しい標準として LiFePO4 バッテリーへの移行が発表されました。しかし、LiFePO4バッテリーとは正確には何ですか?
ニューヨーク、ニューヨーク、米国、2022 年 5 月 26 日 /EINPresswire.com/ — リチウムイオン電池に代わる優れた代替品ですか?これらのバッテリーは他のバッテリーとどう違うのですか?
LiFePO4 電池の紹介
リン酸鉄リチウム (LFP) バッテリーは、充電と放電の速度が速いリチウム イオン バッテリーです。これは、LiFePO4 を陰極とし、金属裏打ち付きグラファイト カーボン電極を陽極とする充電式バッテリーです。
LiFePO4 バッテリーは、リチウム イオン バッテリーよりもエネルギー密度が低く、動作電圧も低くなります。放電率が低く、曲線が平坦で、リチウムイオンよりも安全です。これらの電池は、フェロリン酸リチウム電池としても知られています。
LiFePO4電池の発明
LiFePO4 電池John B. Goodenough と Arumugam Manthiram によって発明されました。彼らは、リチウム イオン電池で使用される材料を最初に特定した企業の 1 つです。アノード材料は、早期に短絡する傾向があるため、リチウム イオン バッテリーには理想的ではありません。
科学者たちは、カソード材料がリチウムイオン電池のカソードよりも優れていることを発見しました。これは、LiFePO4 バッテリーのバリエーションで特に顕著です。それらは安定性と導電性を高め、他のさまざまな側面を改善します。
最近では、LiFePO4 バッテリーはあらゆる場所で使用されており、ボート、ソーラー システム、車両での使用など、さまざまな用途があります。LiFePO4 バッテリーはコバルトを含まず、ほとんどの代替バッテリーよりも安価です。毒性がなく、保存期間が長くなります。
LFP バッテリーにおけるバッテリー管理システムの機能
LFP バッテリーは、接続されたセルだけで構成されているわけではありません。バッテリーが安全な範囲内に留まるようにするシステムがあります。バッテリ管理システム (BMS) は、動作条件下でバッテリを保護、制御、および監視して、安全性を確保し、バッテリ寿命を延ばします。
リン酸鉄リチウム電池はより耐性があるにもかかわらず、充電中に過電圧になりやすく、性能が低下します。カソードに使用されている材料が劣化し、安定性を失う可能性があります。BMS は各セルの出力を調整し、バッテリーの最大電圧が維持されるようにします。
電極材料が劣化するにつれて、不足電圧が深刻な問題になります。いずれかのセルの電圧が特定のしきい値を下回ると、BMS はバッテリを回路から切断します。また、過電流状態でのバックストップとして機能し、短絡時に動作をシャットダウンします。
LiFePO4 電池 vs. リチウムイオン電池
LiFePO4 バッテリーは、時計などのウェアラブル デバイスには適していません。他のどのリチウム電池よりもエネルギー密度が低いです。ただし、太陽エネルギー システム、RV、ゴルフ カート、バス ボート、電動バイクには最適です。
これらのバッテリーの主な利点の 1 つは、そのサイクル寿命です。
これらのバッテリーは、他のバッテリーよりも 4 倍以上長持ちします。それらはより安全で、最大 100% の放電深度に達することができるため、より長期間使用することができます。
以下は、これらのバッテリーがリチウムイオンバッテリーよりも優れた代替品である理由です。
低価格
LFP バッテリーは鉄とリンから作られ、膨大な規模で採掘され、安価です。LFP 電池のコストは、ニッケルを多く含む NMC 電池よりも 1 kg あたり 70% も低いと推定されています。その化学組成は、コスト上の利点を提供します。報告されている LFP バッテリーの最低セル価格は、2020 年に初めて 100 ドル/kWh を下回りました。
環境への影響が小さい
LFP バッテリーには、高価で環境への影響が大きいニッケルやコバルトは含まれていません。これらのバッテリーは充電式で、環境への優しさを示しています。
効率とパフォーマンスの向上
LFP バッテリは寿命が長いことで知られており、信頼性が高く安定した電力出力が長期にわたって必要なアプリケーションに広く使用されています。これらのバッテリーは、他のリチウムイオンバッテリーよりも容量損失率が低く、長期にわたって性能を維持するのに役立ちます。さらに、動作電圧が低いため、内部抵抗が小さくなり、充電/放電速度が速くなります。
強化された安全性と安定性
LFP バッテリーは熱的および化学的に安定しているため、爆発や発火の可能性が低くなります。LFP は、ニッケルが豊富な NMC の 6 分の 1 の熱を生成します。Co-O 結合は LFP バッテリーの方が強いため、短絡または過熱した場合、酸素原子はよりゆっくりと放出されます。さらに、完全に充電された電池にはリチウムが残っていないため、他のリチウム電池で見られる発熱反応と比較して、酸素損失に対する耐性が高くなります。
小型軽量
LFP バッテリーは、リチウム マンガン酸化物バッテリーよりも約 50% 軽量です。鉛蓄電池よりも最大 70% 軽量です。車両で LiFePO4 バッテリーを使用すると、ガスの使用量が減り、操作性が向上します。また、小型でコンパクトなため、スクーター、ボート、RV、または産業用アプリケーションのスペースを節約できます。
LiFePO4 電池と非リチウム電池の比較
非リチウム電池には多くの利点がありますが、古い技術は高価で効率が悪いため、新しいLiFePo4電池の可能性を考えると、中期的には置き換えられる可能性があります.
鉛蓄電池
鉛蓄電池は、最初は費用対効果が高いように見えるかもしれませんが、長期的にはより高価になります。これは、より頻繁なメンテナンスと交換が必要になるためです。LiFePO4 バッテリーは、メンテナンス不要で 2 ～ 4 倍長持ちします。
ゲル電池
LiFePO4 電池のようなゲル電池は、頻繁に充電する必要がなく、保管中に充電が失われることもありません。ただし、ゲル電池は充電速度が遅くなります。破壊を避けるために、完全に充電されたらすぐに切断する必要があります。
AGM バッテリー
AGM バッテリーは容量が 50% 未満になると損傷するリスクが高くなりますが、LiFePO4 バッテリーは損傷のリスクなしに完全に放電できます。また、それらを維持することは困難です。
LiFePO4 電池の用途
LiFePO4 電池には、次のような多くの有用なアプリケーションがあります。
フィッシング ボートとカヤック: 充電時間の短縮と稼働時間の延長により、水上でより多くの時間を過ごすことができます。軽量化により、ハンドリングが容易になり、ハイステークスの釣り競技中のスピードバンプが実現します。
モビリティ スクーターと原付: 速度を落とす自重はありません。バッテリーを損傷することなく、自発的な旅行のためにバッテリーをフル容量未満まで充電します。
ソーラー構成: 軽量の LiFePO4 バッテリーを持ち運び、どこにいても (山の上や送電網から離れた場所でも) 太陽の力を利用できます。
商用利用: これらは最も安全で頑丈なリチウム電池で、フロアマシン、リフトゲートなどの産業用途に最適です。
さらに、リン酸鉄リチウム電池は、懐中電灯、電子タバコ、無線機器、非常用照明、その他のアイテムなど、他の多くのデバイスに電力を供給します。
大規模な LFP 実装の可能性
LFP バッテリは代替品よりも安価で安定していますが、エネルギー密度が広く普及するための大きな障壁となっています。LFP バッテリーのエネルギー密度ははるかに低く、15 ～ 25% の範囲です。しかし、これは、エネルギー密度が 359Wh/リットルの上海製モデル 3 で使用されているような、より厚い電極を使用することで変わりつつあります。
LFP バッテリーはライフサイクルが長いため、同等の重量のリチウムイオンバッテリーよりも容量が大きくなります。これは、これらのバッテリーのエネルギー密度が時間の経過とともにより類似することを意味します。
大量採用に対するもう 1 つの障害は、多数の LFP 特許により中国が市場を支配していることです。これらの特許の有効期限が切れると、車両製造と同様に、LFP の生産がローカライズされるという憶測があります。
フォード、フォルクスワーゲン、テスラなどの主要な自動車メーカーは、ニッケルやコバルトの配合を置き換えることで、ますますこの技術を利用しています。四半期ごとのアップデートでのテスラによる最近の発表は始まりにすぎません。テスラはまた、より高いエネルギー密度と範囲を持つ 4680 バッテリー パックに関する簡単な最新情報を提供しました。また、Tesla が「cell-to-pack」構造を使用して、より多くのセルを凝縮し、より低いエネルギー密度に対応する可能性もあります。
老朽化しているにもかかわらず、LFP とバッテリー コストの削減は、大量の EV の採用を加速する上で重要になる可能性があります。2023 年までに、リチウムイオンの価格は 100 ドル/kWh 近くになると予想されています。LFP により、自動車メーカーは価格だけでなく、利便性や充電時間などの要素を強調できるようになる可能性があります。
投稿時間: 2022 年 8 月 10 日