En artikel om at forstå litiumfosfatbatteriet

Afsløring af lithiumfosfatbatteriernes mysterium

Så hvad er et litiumfosfatbatteri helt præcist? Som navnet antyder, er det tæt forbundet med materialet lithium-jernfosfat. Kort sagt er et litiumfosfatbatteri et litium-ion-batteri, der bruger litiumjernfosfat som det positive elektrodemateriale. Ligesom byggesten er litiumjernfosfat en vigtig "byggesten" i denne type batteri og spiller en nøglerolle.

Litiumjernfosfat er et materiale med den kemiske formel LiFePO₄, som består af litium (Li), jern (Fe), fosfor (P) og ilt (O). Man skal ikke undervurdere disse elementer. Når de kombineres, har litium-jernfosfat en unik "personlighed". Det har en olivinstruktur, ligesom et stabilt lille hus. Denne struktur giver litiumjernfosfat god termisk stabilitet. Det kan forblive stabilt i miljøer med høje temperaturer og vil ikke så let "miste sit temperament". Desuden er litiumjernfosfat relativt billigt og har relativt mange ressourcer i modsætning til andre materialer, som er dyre og svære at finde. Samtidig er det også meget miljøvenligt og vil ikke belaste miljøet alt for meget. Det har mange fordele.

Fra fødsel til opblomstring: Litiumfosfatbatteriernes udviklingshistorie

Litiumfosfatets fødsel og udvikling Batterier er en rejse fuld af innovation og udfordringer. I 1997 foreslog teamet under ledelse af Goodenough ved University of Texas konceptet med litiumfosfatbatterier, hvilket var som at plante et frø af håb inden for energiområdet. På det tidspunkt fandt forskerne ud af, at lithium-jernfosfat fungerede godt i opladnings- og afladningsprocessen. Selv om dets ydeevne ikke var perfekt på det tidspunkt, havde det allerede vist et stort potentiale og tiltrukket sig mange menneskers opmærksomhed.

I 2004 udviklede det amerikanske A123 Company og Shenzhen BAK Battery Co. Ltd. i fællesskab verdens første litiumjernfosfatbatteri og opnåede industrialisering, og litiumfosfatbatterier kom officielt på markedet. Det er som et barn, der vokser op og begynder at spille en rolle i samfundet. Efterfølgende fortsatte anvendelsesområderne med at blive udvidet. I 2009 blev litiumfosfatbatterier brugt inden for energilagring, hvor de spillede en vigtigere rolle i udviklingen af ny energi og leverede nye løsninger til lagring og rationel brug af energi.

Fra 2014 til 2016 fremmede Kina kraftigt udviklingen af nye energikøretøjer, og litiumfosfatbatterier indvarslede muligheder, men stod også over for udfordringer. Efterhånden som landets vurderingsstandarder for energitætheden i batterier til nye energikøretøjer er blevet forbedret, er udviklingen af litiumfosfatbatterier blevet hæmmet på grund af deres lavere energitæthed end ternære litiumbatterier. Mange relaterede virksomheder er endda gået konkurs, og litiumfosfatbatterier ser ud til at være faldet ind i en "kold vinter".

Men forskerne gav ikke op og har arbejdet hårdt for at overvinde de tekniske vanskeligheder. Efter 2019 lancerede CATL CTP-teknologi, BYD lancerede bladbatterier, og Guoxuan High-tech lancerede JTM-teknologi. Disse innovationer inden for integreret produktionsteknologi opvejede effektivt manglerne ved litiumfosfatbatteriernes lave energitæthed. Sammen med nedgangen i Kinas tilskud til køb af nye energikøretøjer år for år har billigere litiumfosfatbatterier indledt et nyt "forår" med udvikling. I maj 2021 oversteg produktionen af strømbatterier produktionen af ternære materialebatterier. I dag bruges lithiumfosfatbatterier i vid udstrækning i nye energikøretøjer, energilagring og andre områder, og deres udviklingsudsigter er lyse.

Hvordan det virker: Hvordan energi strømmer

Nu hvor vi kender den grundlæggende sammensætning af litiumfosfatbatterier, hvordan fungerer de så? Faktisk er arbejdsprocessen i litiumfosfatbatterier en proces, hvor litiumioner "bevæger" sig frem og tilbage mellem de positive og negative elektroder.

Under opladningen er litiumionerne som en gruppe hårdtarbejdende små myrer, der "løber" ud af litiumjernfosfat-katodematerialet, passerer gennem elektrolytens "motorvej" og når frem til grafitkatoden og indlejrer sig i grafitens lagdelte struktur. På dette tidspunkt lagrer batteriet energi ved at omdanne elektrisk energi til kemisk energi og lagre den. Det svarer til, at du lægger dine lommepenge i en sparegris og tager dem ud, når du har brug for dem.

Ved afladning vendes processen om. Litiumioner "deinterkaleres" fra den negative grafitelektrode og vender derefter tilbage til den positive litiumjernfosfatelektrode langs elektrolytens "motorvej". I denne proces omdannes kemisk energi til elektrisk energi, som driver vores apparater, ligesom når man tager lommepenge op af en sparegris for at købe ting.

I denne opladnings- og afladningsproces spiller membranen og elektrolytten også en vigtig rolle. Membranen er som en "isolationsvagt", der adskiller de positive og negative elektroder for at forhindre dem i at komme i direkte kontakt og kortslutte, men tillader lithiumioner at passere igennem for at sikre batteriets normale drift. Elektrolytten er som en "kurer", der er ansvarlig for at transportere litiumioner mellem de positive og negative elektroder, så litiumioner kan bevæge sig jævnt mellem de positive og negative elektroder for at fuldføre opladning og afladning.

Fordele afsløret: Hvorfor debuterede han i C-positionen?

Litiumfosfatbatterier kan skille sig ud blandt mange litiumbatterier, så de skal have nogle "børster". Dernæst vil jeg fortælle dig om fordelene i detaljer.

Høj sikkerhed: en betryggende "sikkerhedsvagt"

Blandt de forskellige egenskaber ved batterier er sikkerhed absolut den højeste prioritet. Litiumfosfatbatterier klarer sig godt i denne henseende og kan kaldes "sikkerhedsvagter". Dets positive elektrodemateriale, litiumjernfosfat, har superstabilitet i PO-bindinger i krystalstrukturen, ligesom en solid bymur. Selv hvis det møder "fjender" som f.eks. høj temperatur og overopladning, er det ikke let at nedbryde. Det producerer ikke stærke oxiderende stoffer som nogle batterier, hvilket fører til farer som forbrænding og eksplosion. For eksempel har der været nyhedsrapporter om, at nogle nye energikøretøjer, der bruger andre typer litiumbatterier, er tilbøjelige til at bryde i brand og eksplodere, når de kolliderer eller oplades unormalt, mens biler udstyret med litiumfosfatbatterier har en meget lavere sandsynlighed for alvorlige ulykker under lignende omstændigheder. Ligesom BYD's "bladbatteri", som i bund og grund er et litiumfosfatbatteri, har det gennemgået strenge tests som f.eks. nålestikprøver. Under nålestikprocessen brød batteriet ikke i brand eller eksploderede, men overfladetemperaturen steg en smule, hvilket fuldt ud demonstrerer litiumfosfatbatteriernes høje sikkerhed.

Lang cykluslevetid: en langvarig og holdbar langdistanceløber

Cykluslevetid er en vigtig indikator til at måle et batteris kvalitet. Kort sagt henviser det til, hvor mange komplette opladnings- og afladningscyklusser et batteri kan gennemgå. Litiumfosfatbatterier er som "langdistanceløbere" med en meget lang cykluslevetid, normalt mere end 2.000 gange og endda 5.000 gange for dem af god kvalitet. Til sammenligning er cykluslevetiden for blysyrebatterier generelt kun omkring 300 gange, og forskellen er meget tydelig. Det betyder, at når man bruger lithiumfosfatbatterier, er det ikke nødvendigt at udskifte batterierne ofte, hvilket sparer penge og bekymringer. For eksempel inden for energilagring kan et energilagringssystem, der bruger lithiumfosfatbatterier, fungere stabilt i mange år og udføre et stort antal opladnings- og afladningscyklusser, hvilket giver pålidelige garantier for energilagring og implementering og reducerer de efterfølgende vedligeholdelses- og udskiftningsomkostninger kraftigt.

God miljøbeskyttelse: "Green Messenger" for at beskytte miljøet

I dag, hvor miljøbevidstheden er stigende, har batteriernes miljøvenlighed også tiltrukket sig stor opmærksomhed. Litiumfosfatbatterier kan siges at være den "grønne budbringer", der beskytter miljøet. Hovedkomponenterne er jern og fosfor, som ikke kun er rigelige på ressourcer, men også meget miljøvenlige. Under produktionsprocessen producerer det ikke en stor mængde tungmetalforurening som nogle traditionelle batterier. Desuden er litiumfosfatbatterier relativt nemme at genbruge, hvilket effektivt kan reducere batteriaffaldets skade på miljøet og er i overensstemmelse med begrebet bæredygtig udvikling. BYD har gjort en stor indsats for at genbruge batterier og genbruge brugte litiumfosfatbatterier. Batterier Det sparer ikke kun på ressourcerne, men beskytter også miljøet ved at udvinde nyttige materialer fra dem og sætte dem i produktion igen.

Hurtig opladningshastighed: effektiv og praktisk "hurtigopladningsekspert"

I denne tempofyldte tid er opladningshastigheden også noget, der bekymrer alle. Litiumfosfatbatterier klarer sig godt i denne henseende og er "eksperter i hurtig opladning". De har en høj opladningseffektivitet og kan oplades på kort tid. For eksempel kan nogle nye energikøretøjer udstyret med litiumfosfatbatterier oplade strømmen fra et lavt niveau til ca. 80% på ca. en halv time, når de bruger hurtigopladningsudstyr, hvilket i høj grad sparer opladningstid. For dem, der har brug for at rejse ofte, er dette meget praktisk. De behøver ikke at vente længe på at blive opladet og kan tilrettelægge deres rejser mere effektivt.

Stabil ydeevne: et alsidigt værktøj til forskellige miljøer

Uanset temperatur og arbejdsforhold er lithiumfosfatbatteriernes ydeevne relativt stabil, ligesom en "allrounder" med super tilpasningsevne. I et miljø med høj temperatur kan det opretholde en lav indre modstand og en høj cykluslevetid og vil ikke "bryde sammen" på grund af temperaturstigningen og kan stadig udsende elektrisk energi stabilt. I et miljø med lav temperatur er det allerede godt sammenlignet med andre typer batterier, selv om dets ydeevne påvirkes til en vis grad. I den kolde vinter vil batteriet i nogle mobiltelefoner f.eks. falde hurtigt på grund af lave temperaturer eller endda lukke ned automatisk, men sandsynligheden for, at dette sker for enheder, der bruger litiumfosfatbatterier, vil være meget mindre, og de kan stadig fungere normalt og opfylde vores behov.

Ulemper: Intet batteri er perfekt

Selv om litiumfosfatbatterier har mange fordele, findes der ikke noget perfekt batteri i verden, og det har også nogle mangler.

Lav energitæthed: lidt "klodset" energibærer

Sammenlignet med ternære litiumbatterier har litiumfosfatbatterier en lavere energitæthed. Lav energitæthed betyder, at det ikke kan lagre så meget elektrisk energi ved samme vægt eller volumen. For eksempel kan energitætheden i ternære litiumbatterier nå op på mere end 200Wh/kg, mens litiumfosfatbatterier generelt ligger på omkring 150Wh/kg. Det er som to rygsække, hvor den ene kan rumme en masse ting, og den anden kan rumme mindre. Derfor kan enheder, der bruger litiumfosfatbatterier, have en kortere rækkevidde, eller for at opnå en bestemt rækkevidde kræves en større batteristørrelse og vægt, hvilket vil være begrænset i nogle anvendelsesscenarier, der har strenge krav til plads og vægt, som f.eks. droner.

Høje omkostninger: prisfaktorer, der begrænser udbredelsen

Selv om selve materialet ikke er dyrt, og ressourcerne er rigelige, er de samlede produktionsomkostninger for lithiumfosfatbatterier ikke lave. På den ene side er produktionsprocessen relativt kompliceret og har høje krav til produktionsudstyr og miljø, hvilket øger produktionsomkostningerne. På den anden side er produktionseffektiviteten af lithiumfosfatbatterier ikke høj nok, og udbyttegraden skal forbedres, hvilket vil gøre det vanskeligt at reducere de endelige batteriomkostninger. Sammenlignet med nogle andre typer batterier er prisfordelen ved lithiumfosfatbatterier ikke så indlysende, hvilket til en vis grad begrænser dets anvendelse og popularitet inden for en bredere vifte af områder.

Dårlig ydeevne ved lave temperaturer: et irritationsmoment i koldt vejr

Litiumfosfatbatterier fungerer ikke godt i miljøer med lave temperaturer, hvilket kan siges at være en "lille mangel". Når temperaturen er under 0 ℃, påvirkes dens ydeevne betydeligt, batteriets interne modstand øges, hvilket resulterer i et fald i batterikapaciteten og en langsommere opladningshastighed. Ved ca. -20 °C kan faldet i batterikapaciteten nå op på ca. 55%. Det er ligesom om vinteren, hvor folks mobilitet svækkes, og batteriet bliver "mindre kraftfuldt" ved lave temperaturer. I den kolde vinter i nord vil rækkevidden for elektriske køretøjer, der bruger lithiumfosfatbatterier, blive kraftigt forkortet, hvilket skaber mange problemer for brugerne.

Problemet med konsistens: uensartede "teammedlemmer"

Når man producerer litiumfosfatbatterier, er det ikke let at sikre, at hvert batteris ydeevne er helt ensartet. På grund af indflydelsen fra faktorer som produktionsproces og råmaterialer vil der være visse forskelle mellem forskellige batterier, hvilket er konsistensproblemet. Når der bruges flere batterier i en batteripakke, vil denne uoverensstemmelse blive fremhævet. Ligesom i et team, hvis medlemmernes evner er ujævne, vil den samlede arbejdseffektivitet blive påvirket. Batterier med dårlig ydeevne i batteripakken vil begrænse hele batteripakkens ydeevne, hvilket resulterer i en forkortet levetid for batteripakken og kan også påvirke udstyrets stabilitet og pålidelighed.

Men forskerne har ikke ligget på den lade side og har arbejdet hårdt på at overvinde disse problemer. Ved at forbedre materialeformler, optimere produktionsprocesser og udvikle nye batteristrukturer er lithiumfosfatbatteriernes ydeevne blevet forbedret, og deres mangler er gradvist blevet udbedret.

Meget brugt: "usynlig assistent" i livet

Litiumfosfatbatterier er blevet brugt i vid udstrækning på mange områder på grund af deres egne fordele. De er som "usynlige assistenter" i vores liv og spiller en vigtig rolle i det skjulte.

Elbilsektoren: gør rejser grønnere og mere sikre

Inden for elektriske køretøjer er litiumfosfatbatterier "stjerneprodukter". Tesla har mange modeller, der bruger litiumfosfatbatterier, og BYD's "bladbatteri" er også en type litiumfosfatbatteri. Disse elektriske køretøjer udstyret med litiumfosfatbatterier har garanteret sikkerhed, lang levetid og relativt lave omkostninger. For eksempel har Tesla Model 3 Standard Range Upgrade Edition efter udskiftning af lithiumfosfatbatteriet en højere omkostningseffektivitet, hvilket giver flere forbrugere mulighed for at nyde den bekvemmelighed og miljøbeskyttelse, som elektriske køretøjer medfører. Desuden fortsætter energitætheden i lithiumfosfatbatterier med at stige med den teknologiske udvikling, og rækkevidden øges også. I fremtiden forventes det at opfylde flere forbrugeres rejsebehov og gøre elektriske køretøjer mere konkurrencedygtige på markedet.

Energilagringssystemfeltet: den "stabile forvalter" af energi

Inden for energilagringssystemer klarer litiumfosfatbatterier sig også godt. Det er som en "stabil husholderske", der kan lagre overskydende elektrisk energi og frigive den, når der er brug for det, hvilket giver en garanti for en stabil energiforsyning. Uanset om det drejer sig om sikker nettilslutning af vedvarende energiproduktion som f.eks. vindkraft og solceller eller spidslastregulering af nettet og distribuerede kraftværker, er energilagringssystemer med litiumfosfatbatterier uundværlige. I nogle fjerntliggende områder kan den elektricitet, der genereres af solcelleanlæg, lagres i litiumfosfatbatterier, så de lokale beboere kan bruge den om natten eller på overskyede dage, hvilket løser problemet med ustabil energiforsyning. Desuden er litiumfosfatbatteriernes lange levetid og høje sikkerhed Batterier gør også energilagringssystemet mere pålideligt og i stand til at fungere stabilt i lang tid.

Elværktøj: en stærk partner til effektivt arbejde

Inden for elværktøj er litiumfosfatbatterier blevet en "stærk partner" for mange mennesker. For almindeligt elværktøj som elektriske boremaskiner og elektriske save er opladningshastigheden hurtigere efter brug af litiumfosfatbatterier, hvilket gør det muligt for os at udføre arbejdet mere effektivt. Desuden reducerer litiumfosfatbatteriernes høje sikkerhed også sikkerhedsrisikoen ved brug af elværktøj. For eksempel bruger nogle professionelle bygningsarbejdere elværktøj udstyret med litiumfosfatbatterier uden at bekymre sig om, at batteriet er farligt under brug, og de kan arbejde mere sikkert.

Bærbare elektroniske enheder: lille størrelse, stor kraft

Inden for bærbare elektroniske enheder er energitætheden i lithiumfosfatbatterier ikke den højeste, men stabiliteten og sikkerheden gør det muligt at bruge det i nogle enheder, der har særlige krav til batteriets ydeevne. Feltdetektionsinstrumenter, militært kommunikationsudstyr osv. kræver, at batterierne fungerer stabilt i forskellige miljøer, og litiumfosfatbatterier opfylder disse krav godt. Hvis den håndholdte GPS-enhed bruger litiumfosfatbatterier, når den udforsker naturen, kan den sikre normal drift af udstyret selv i barske miljøer som høje og lave temperaturer og give nøjagtige positioneringsoplysninger til opdagelsesrejsende.

Fremtiden er lovende: Udsigt til udviklingstendenser

Fremadrettet er udviklingsudsigterne for litiumfosfatbatterier lyse, og der forventes store gennembrud på mange nøgleområder.

Med hensyn til omkostningskontrol er der med teknologiens modenhed og forbedringen af den industrielle kæde meget plads til reduktion af råvareomkostninger og produktionsomkostninger. Autoritative forskningsinstitutioner forudsiger, at omkostningerne til lithiumjernfosfat i 2025 forventes at falde til 0,4 yuan/Wh, et fald på 60% fra 2020. Omkostningsreduktionen vil gøre lithiumfosfatbatterier mere konkurrencedygtige på markedet og yderligere fremme deres popularitet inden for forskellige områder.

Forbedring af energitætheden er også en vigtig retning for den fremtidige udvikling af litiumfosfatbatterier. Forskere udvikler aktivt nye materialer og processer for at forbedre energitætheden i litiumfosfat. Batterier . Virksomheder som CATL har opnået nogle resultater i denne henseende og forventes at opnå større gennembrud i fremtiden. Det forventes, at energitætheden i litiumfosfatbatterier i løbet af de næste par år kan stige til mere end 200Wh/kg, hvilket effektivt vil løse problemet med kort rækkevidde.

Fremskridtene inden for genbrugsteknologi har også tiltrukket sig stor opmærksomhed. På nuværende tidspunkt er genbrug af udtjente lithium-jernfosfatbatterier blevet et hot spot i industrien. Med den fortsatte udvikling af teknologien vil genanvendelseseffektiviteten og ressourceudnyttelsesgraden blive kraftigt forbedret. I fremtiden kan der opstå mere miljøvenlige og effektive genbrugsteknologier for at opnå genbrug af batterimaterialer og reducere indvirkningen på miljøet. Samtidig kan det også reducere udvindingen af råmaterialer og spare ressourcer.

Med hensyn til anvendelsesudvidelse forventes lithiumfosfatbatterier ud over de eksisterende elektriske køretøjer, energilagring, elværktøj og andre områder at skinne på flere nye områder. For eksempel inden for luftfart, hvor energitætheden øges, kan det bruges i små fly i fremtiden; inden for smarte hjem kan lithiumfosfatbatterier også give stabil strømstøtte til forskellige smarte enheder, hvilket åbner op for et bredere markedsområde.

Sammenfatning og interaktion

Generelt spiller lithiumfosfatbatterier en vigtig rolle i elektriske køretøjer, energilagringssystemer, elværktøj og bærbare elektroniske enheder på grund af deres høje sikkerhed, lange levetid, gode miljøbeskyttelse, hurtige opladningshastighed og stabile ydeevne. Selvom det har mangler som lav energitæthed, høje omkostninger, dårlig ydeevne ved lave temperaturer og problemer med konsistensen, løses disse problemer gradvist med den kontinuerlige udvikling af teknologien, og de fremtidige udviklingsmuligheder er meget brede.

Hvis du har spørgsmål om litiumfosfatbatterier eller har dine egne ideer om fremtidige anvendelsesscenarier, kan du skrive en besked i kommentarfeltet for at diskutere. Lad os dristigt forudsige, hvilket nyt felt litiumfosfat Batterier vil være udbredt om fem år? Jeg ser frem til, at alle deler deres synspunkter, og vi vil kommunikere sammen for at udforske flere muligheder for litiumfosfatbatterier.