Літій-залізо-фосфатний акумулятор: чому його обирають для зберігання енергії

Що таке літій-залізо-фосфатний акумулятор

У літій-залізо-фосфатному акумуляторі матеріалом катода слугує залізофосфат літію, а матеріалом анода — графітовий вуглецевий електрод. Такі акумулятори не містять кобальту. Саме поєднання цих особливостей визначає їхні головні переваги: нижчу вартість, високу безпеку, низьку токсичність і тривалий термін служби.

Спершу LiFePO4 як катод мав значно меншу вартість і меншу токсичність порівняно з традиційним LiCoO2, але характеризувався меншою ємністю.

Чому його обирають для накопичення енергії

LFP використовують як буферний накопичувач енергії в системах з вітрогенераторами і сонячними батареями. Такі акумулятори також застосовують у стаціонарних комунальних додатках та для резервного живлення. Для таких завдань важливі не рекордна компактність, а безпека, ціна та кількість циклів, які батарея витримує.

• нижча вартість, висока безпека та низька токсичність;
• тривалий термін служби: від 2000 до 7000 циклів заряд-розряд до втрати 20% ємності;
• максимальний термін зберігання — 15 років;
• стабільна напруга розряду близько 3,2 В протягом майже всього циклу розряду;
• відсутність кобальту в складі.

Основні характеристики

Номінальна напруга одного LFP-акумулятора становить 3,2–3,3 В, а мінімальна робоча напруга розряду — 2,5 В. Чотири такі акумулятори, з’єднані послідовно, дають номінальну напругу 12,8 В, що близько до напруги свинцево-кислотних батарей.

Для моделей A123 Systems діапазон температур зберігання становить від -40 °C до +60 °C.

Обмеження: густина енергії та швидкість розряду

Густина енергії LFP нижча, ніж у NMC і NCA акумуляторів. LFP-акумулятори CATL мають 125 Вт·год/кг, а з покращеною упаковкою можливо 160 Вт·год/кг. Акумулятори BYD мають 150 Вт·год/кг. Найкращі NMC-акумулятори перевищують 300 Вт·год/кг.

Крім того, LFP має меншу швидкість розряду, ніж свинцево-кислотні та літій-іонні акумулятори, хоча існують варіанти з високим струмом розряду.

Де ще застосовують LFP

• електромобілі;
• електровелосипеди та електроскутери;
• гольфкари;
• складська техніка;
• стаціонарні комунальні додатки та резервне живлення.

Хронологія розвитку технології

• 1996 — професор Джон Гуденаф відкрив LiFePO4 як катод для літій-іонного акумулятора;
• 2003 — компанія A123 Systems взялася за розвиток технології LFP;
• 2003 — дослідження команди професора Цзяна Є-Міна зайшли в глухий кут, і команда перейшла на LFP.

До 2003 року технологія LFP практично не розвивалася через серйозні труднощі у початкових дослідженнях.

Ринок

Частка ринку акумуляторів типу LFP становила 24,1% у першому кварталі 2021 року. Китайські виробники фактично монополізували ринок LFP-акумуляторів. Очікується, що у 2028 році частка LFP-акумуляторів перевищить розповсюдження NMC-акумуляторів.

Питання й відповіді

З чого складається LFP-акумулятор?

Катодом слугує залізофосфат літію, анодом — графітовий вуглецевий електрод. Кобальту в таких акумуляторах немає.

Чому LFP обирають для зберігання енергії?

Через нижчу вартість, високу безпеку, низьку токсичність і тривалий термін служби. Такі акумулятори застосовують як буферні накопичувачі в системах з вітрогенераторами і сонячними батареями.

Скільки циклів витримує LFP-акумулятор?

Від 2000 до 7000 циклів заряд-розряд до втрати 20% ємності. Максимальний термін зберігання становить 15 років.

Чим LFP поступається іншим літій-іонним акумуляторам?

Густина енергії LFP нижча, ніж у NMC і NCA акумуляторів. Також швидкість розряду в LFP менша, ніж у свинцево-кислотних та літій-іонних акумуляторів, хоча є варіанти з високим струмом розряду.

Яка напруга в LFP-акумулятора?

Номінальна напруга — 3,2–3,3 В, протягом майже всього циклу розряду вона стабільна й близька до 3,2 В. Чотири акумулятори послідовно дають 12,8 В, близько до напруги свинцево-кислотних батарей.

При яких температурах працюють LFP-акумулятори?

Діапазон робочих температур — від -30 до +55 °C. Для моделей A123 Systems діапазон зберігання становить від -40 °C до +60 °C.