Pin LiFePO4

Báo cáo quý 3 năm 2021 của Tesla thông báo về việc chuyển sang sử dụng pin LiFePO4 làm tiêu chuẩn mới cho các phương tiện của hãng. Nhưng chính xác thì pin LiFePO4 là gì?

NEW YORK, NEW YORK, HOA KỲ, ngày 26 tháng 5 năm 2022 /EINPresswire.com/ — Liệu chúng có phải là lựa chọn thay thế tốt hơn cho pin Li-Ion? Những loại pin này khác biệt như thế nào so với các loại pin khác?

Giới thiệu về pin LiFePO4

Pin lithium sắt photphat (LFP) là một loại pin lithium-ion có tốc độ sạc và xả nhanh hơn. Đây là loại pin sạc có cực âm là LiFePO4 và cực dương là điện cực carbon graphit với lớp nền kim loại.

Pin LiFePO4 có mật độ năng lượng thấp hơn pin lithium-ion và điện áp hoạt động thấp hơn. Chúng có tốc độ phóng điện chậm với đường cong nằm ngang và an toàn hơn pin Li-ion. Loại pin này còn được gọi là pin lithium ferrophosphate.

Sự phát minh ra pin LiFePO4

Pin LiFePO4 được phát minh bởi John B. Goodenough và Arumugam Manthiram. Họ là một trong những người đầu tiên xác định các vật liệu được sử dụng trong pin lithium-ion. Vật liệu cực dương không lý tưởng cho pin lithium-ion do chúng có xu hướng bị đoản mạch ngay lập tức.

Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng vật liệu catốt tốt hơn so với catốt của pin lithium-ion. Điều này đặc biệt dễ nhận thấy ở các biến thể pin LiFePO4. Chúng tăng cường độ ổn định và độ dẫn điện, đồng thời cải thiện nhiều khía cạnh khác.

Hiện nay, pin LiFePO4 được tìm thấy ở khắp mọi nơi và có nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm sử dụng trong tàu thuyền, hệ thống năng lượng mặt trời và xe cộ. Pin LiFePO4 không chứa coban và có giá thành thấp hơn so với hầu hết các loại pin thay thế khác. Chúng không độc hại và có tuổi thọ cao hơn.

Thông số kỹ thuật pin LFP -

Chức năng của hệ thống quản lý pin trong pin LFP

Pin LFP không chỉ được cấu tạo từ các tế bào kết nối với nhau; chúng còn có một hệ thống đảm bảo pin luôn hoạt động trong giới hạn an toàn. Hệ thống quản lý pin (BMS) bảo vệ, điều khiển và giám sát pin trong điều kiện hoạt động để đảm bảo an toàn và kéo dài tuổi thọ pin.

Chức năng của Hệ thống Quản lý Pin trong Pin LFP -

Mặc dù pin lithium sắt photphat có khả năng chịu đựng tốt hơn, chúng vẫn dễ bị quá áp trong quá trình sạc, làm giảm hiệu suất. Vật liệu được sử dụng cho cực âm có thể bị xuống cấp và mất ổn định. Hệ thống quản lý pin (BMS) điều chỉnh đầu ra của từng cell và đảm bảo duy trì điện áp tối đa của pin.

Khi vật liệu điện cực bị xuống cấp, hiện tượng điện áp thấp trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Nếu điện áp của bất kỳ cell nào giảm xuống dưới ngưỡng quy định, hệ thống quản lý pin (BMS) sẽ ngắt kết nối pin khỏi mạch. Nó cũng hoạt động như một cơ chế bảo vệ trong trường hợp quá dòng và sẽ ngừng hoạt động trong trường hợp ngắn mạch.

So sánh pin LiFePO4 và pin Lithium-Ion

Pin LiFePO4 không phù hợp cho các thiết bị đeo được như đồng hồ. Chúng có mật độ năng lượng thấp hơn so với bất kỳ loại pin lithium nào khác. Tuy nhiên, chúng lại là lựa chọn tốt nhất cho hệ thống năng lượng mặt trời, xe nhà di động, xe golf, thuyền câu cá và xe máy điện.

★Một trong những ưu điểm chính của loại pin này là tuổi thọ chu kỳ sạc/xả.

Những loại pin này có thể sử dụng được lâu hơn gấp 4 lần so với các loại pin khác. Chúng an toàn hơn và có thể đạt đến độ xả sâu 100%, nghĩa là có thể sử dụng trong thời gian dài hơn.

Dưới đây là những lý do bổ sung tại sao loại pin này là một lựa chọn tốt hơn so với pin Li-ion.

★Giá rẻ

Pin LFP được cấu tạo từ sắt và phốt pho, được khai thác trên quy mô khổng lồ và có giá thành thấp. Chi phí của pin LFP ước tính thấp hơn tới 70% mỗi kg so với pin NMC giàu niken. Thành phần hóa học của nó mang lại lợi thế về chi phí. Giá thành thấp nhất được ghi nhận của pin LFP đã giảm xuống dưới 100 USD/kWh lần đầu tiên vào năm 2020.

★Tác động môi trường nhỏ
Pin LFP không chứa niken hoặc coban, những nguyên tố đắt tiền và gây tác động lớn đến môi trường. Loại pin này có thể sạc lại, thể hiện tính thân thiện với môi trường của chúng.

★Nâng cao hiệu quả và hiệu suất
Pin LFP nổi tiếng với tuổi thọ cao, trở thành lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng yêu cầu nguồn điện đầu ra ổn định và đáng tin cậy theo thời gian. Loại pin này có tốc độ suy giảm dung lượng chậm hơn so với các loại pin lithium-ion khác, giúp duy trì hiệu suất hoạt động lâu dài. Ngoài ra, chúng có điện áp hoạt động thấp hơn, dẫn đến điện trở trong thấp hơn và tốc độ sạc/xả nhanh hơn.

★Tăng cường độ an toàn và ổn định
Pin LFP có độ ổn định nhiệt và hóa học cao, do đó chúng ít có khả năng phát nổ hoặc bắt lửa. Pin LFP tạo ra lượng nhiệt chỉ bằng một phần sáu so với pin NMC giàu niken. Vì liên kết Co-O mạnh hơn trong pin LFP, các nguyên tử oxy được giải phóng chậm hơn nếu xảy ra hiện tượng đoản mạch hoặc quá nhiệt. Hơn nữa, không còn lithium nào tồn tại trong các pin đã được sạc đầy, khiến chúng có khả năng chống mất oxy cao hơn so với các phản ứng tỏa nhiệt thường thấy ở các loại pin lithium khác.

★Nhỏ gọn và nhẹ
Pin LiFePO4 nhẹ hơn gần 50% so với pin lithium mangan oxit. Chúng nhẹ hơn tới 70% so với pin axit chì. Khi sử dụng pin LiFePO4 trong xe cộ, bạn sẽ tiêu thụ ít nhiên liệu hơn và có khả năng điều khiển tốt hơn. Chúng cũng nhỏ gọn, giúp bạn tiết kiệm không gian trên xe tay ga, thuyền, xe RV hoặc các ứng dụng công nghiệp.

So sánh pin LiFePO4 và pin không chứa lithium
Các loại pin không phải lithium có một số ưu điểm nhưng có khả năng sẽ bị thay thế trong trung hạn do tiềm năng của pin LiFePo4 mới, vì công nghệ cũ đắt tiền và kém hiệu quả hơn.

☆Ắc quy axit chì
Pin axit chì thoạt nhìn có vẻ tiết kiệm chi phí, nhưng về lâu dài lại tốn kém hơn. Điều này là do chúng cần bảo trì và thay thế thường xuyên hơn. Pin LiFePO4 sẽ có tuổi thọ gấp 2-4 lần mà không cần bảo trì.

☆Pin Gel
Pin gel, giống như pin LiFePO4, không cần sạc thường xuyên và không bị mất điện khi lưu trữ. Tuy nhiên, pin gel sạc chậm hơn. Chúng cần được ngắt kết nối ngay khi sạc đầy để tránh bị hư hỏng.

☆Ắc quy AGM
Trong khi pin AGM có nguy cơ bị hư hỏng cao khi dung lượng dưới 50%, pin LiFePO4 có thể xả hết hoàn toàn mà không có nguy cơ bị hư hại. Ngoài ra, việc duy trì trạng thái hoạt động của chúng cũng khá khó khăn.

Ứng dụng của pin LiFePO4
Pin LiFePO4 có nhiều ứng dụng giá trị, bao gồm:

● Thuyền câu cá và thuyền kayak: Bạn có thể dành nhiều thời gian hơn trên mặt nước với thời gian sạc ngắn hơn và thời gian hoạt động lâu hơn. Trọng lượng nhẹ hơn giúp dễ điều khiển hơn và tăng tốc trong các cuộc thi câu cá gay cấn.

● Xe lăn điện và xe máy điện: Không có trọng lượng thừa làm chậm tốc độ của bạn. Sạc pin đến mức thấp hơn dung lượng tối đa để thực hiện các chuyến đi ngẫu hứng mà không lo làm hỏng pin.

●Cấu hình năng lượng mặt trời: Mang theo pin LiFePO4 trọng lượng nhẹ đến bất cứ nơi nào bạn đến (ngay cả trên núi hoặc những nơi không có điện lưới) để khai thác năng lượng mặt trời.

●Sử dụng thương mại: Đây là loại pin lithium an toàn và bền bỉ nhất, lý tưởng cho các ứng dụng công nghiệp như máy chà sàn, cửa nâng hàng, v.v.

Hơn nữa, pin lithium sắt photphat cung cấp năng lượng cho nhiều thiết bị khác như đèn pin, thuốc lá điện tử, thiết bị vô tuyến, đèn chiếu sáng khẩn cấp và các vật dụng khác.

Các khả năng triển khai LFP trên quy mô rộng
Mặc dù pin LFP có giá thành thấp hơn và ổn định hơn so với các loại pin khác, nhưng mật độ năng lượng vẫn là một rào cản đáng kể đối với việc sử dụng rộng rãi. Pin LFP có mật độ năng lượng thấp hơn nhiều, chỉ từ 15 đến 25%. Tuy nhiên, điều này đang thay đổi nhờ sử dụng các điện cực dày hơn, như loại được sử dụng trong mẫu Model 3 sản xuất tại Thượng Hải, có mật độ năng lượng là 359 Wh/lít.

Do tuổi thọ dài, pin LFP có dung lượng lớn hơn pin Li-ion có trọng lượng tương đương. Điều này có nghĩa là mật độ năng lượng của hai loại pin này sẽ trở nên tương đồng hơn theo thời gian.

Một rào cản khác đối với việc áp dụng rộng rãi là Trung Quốc đã thống trị thị trường nhờ hàng loạt bằng sáng chế về pin nhiên liệu lỏng (LFP). Khi các bằng sáng chế này hết hạn, người ta dự đoán rằng việc sản xuất LFP, giống như sản xuất ô tô, sẽ được nội địa hóa.

Các nhà sản xuất ô tô lớn như Ford, Volkswagen và Tesla ngày càng sử dụng công nghệ này bằng cách thay thế các hợp chất niken hoặc coban. Thông báo gần đây của Tesla trong bản cập nhật hàng quý chỉ là bước khởi đầu. Tesla cũng đã cung cấp một bản cập nhật ngắn gọn về bộ pin 4680 của mình, sẽ có mật độ năng lượng và phạm vi hoạt động cao hơn. Cũng có khả năng Tesla sẽ sử dụng cấu trúc "từ tế bào đến bộ pin" để cô đọng nhiều tế bào hơn và đáp ứng mật độ năng lượng thấp hơn.

Mặc dù đã có tuổi đời lâu năm,LFPVà việc giảm chi phí pin có thể đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy việc sử dụng xe điện đại trà. Đến năm 2023, giá pin lithium-ion dự kiến ​​sẽ ở mức gần 100 USD/kWh. Pin LFP có thể cho phép các nhà sản xuất ô tô tập trung vào các yếu tố như sự tiện lợi hoặc thời gian sạc thay vì chỉ giá cả.