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LiFePO4-Batterien (LFP) Die Zukunft der Fahrzeuge

Teslas Q3-Bericht 2021 kündigte einen Übergang zu LiFePO4-Batterien als neuen Standard in seinen Fahrzeugen an.Aber was genau sind LiFePO4-Batterien?
NEW YORK, NEW YORK, USA, 26. Mai 2022 /EINPresswire.com/ — Sind sie eine bessere Alternative zu Li-Ion-Batterien?Wie unterscheiden sich diese Batterien von anderen Batterien?

Einführung in LiFePO4-Batterien
Eine Lithium-Eisenphosphat-Batterie (LFP) ist eine Lithium-Ionen-Batterie mit schnelleren Lade- und Entladeraten.Es ist eine wiederaufladbare Batterie mit LiFePO4 als Kathode und einer graphitischen Kohlenstoffelektrode mit metallischer Rückseite als Anode.

LiFePO4-Batterien haben eine geringere Energiedichte als Lithium-Ionen-Batterien und niedrigere Betriebsspannungen.Sie haben eine niedrige Entladungsrate mit flachen Kurven und sind sicherer als Li-Ion.Diese Batterien werden auch als Lithium-Ferrophosphat-Batterien bezeichnet.

Die Erfindung der LiFePO4-Batterien
LiFePO4-Batterienwurden von John B. Goodenough und Arumugam Manthiram erfunden.Sie gehörten zu den ersten, die die in Lithium-Ionen-Batterien verwendeten Materialien identifizierten.Anodenmaterialien sind aufgrund ihrer Neigung zum frühen Kurzschluss nicht ideal für Lithium-Ionen-Batterien.

Wissenschaftler fanden heraus, dass Kathodenmaterialien im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batteriekathoden besser sind.Dies macht sich besonders bei den LiFePO4-Akkuvarianten bemerkbar.Sie erhöhen die Stabilität und Leitfähigkeit und verbessern eine Vielzahl anderer Aspekte.

Heutzutage sind LiFePO4-Batterien überall zu finden und haben verschiedene Anwendungen, darunter den Einsatz in Booten, Solaranlagen und Fahrzeugen.LiFePO4-Batterien sind kobaltfrei und günstiger als die meisten Alternativen.Es ist ungiftig und hat eine längere Haltbarkeit.

Spezifikationen der LFP-Batterie
Quelle

Die Funktion von Batteriemanagementsystemen in LFP-Batterien

LFP-Batterien bestehen aus mehr als nur verbundenen Zellen;Sie verfügen über ein System, das sicherstellt, dass die Batterie innerhalb sicherer Grenzen bleibt.Ein Batteriemanagementsystem (BMS) schützt, steuert und überwacht die Batterie unter Betriebsbedingungen, um die Sicherheit zu gewährleisten und die Batterielebensdauer zu verlängern.

Die Funktion von Batteriemanagementsystemen in LFP-Batterien 

Obwohl Lithium-Eisenphosphat-Zellen toleranter sind, neigen sie beim Laden dennoch zu Überspannungen, die die Leistung mindern.Das für die Kathode verwendete Material könnte sich möglicherweise verschlechtern und seine Stabilität verlieren.Das BMS regelt die Leistung jeder Zelle und sorgt dafür, dass die maximale Spannung der Batterie beibehalten wird.

Wenn sich die Elektrodenmaterialien verschlechtern, wird Unterspannung zu einem ernsthaften Problem.Wenn die Spannung einer Zelle unter einen bestimmten Schwellenwert fällt, trennt das BMS die Batterie vom Stromkreis.Es dient auch als Rücklaufsperre bei Überstrom und schaltet seinen Betrieb bei Kurzschluss ab.

LiFePO4-Batterien vs. Lithium-Ionen-Batterien
Die LiFePO4-Batterien sind nicht für tragbare Geräte wie Uhren geeignet.Sie haben eine geringere Energiedichte als alle anderen Lithiumbatterien.Sie eignen sich jedoch am besten für Solarenergiesysteme, Wohnmobile, Golfwagen, Bassboote und Elektromotorräder.

Einer der Hauptvorteile dieser Batterien ist ihre Lebensdauer.

Diese Batterien halten über 4x länger als andere.Sie sind sicherer und können bis zu 100 % Entladungstiefe erreichen, was bedeutet, dass sie über einen längeren Zeitraum verwendet werden können.

Im Folgenden sind weitere Gründe aufgeführt, warum diese Batterien eine bessere Alternative zu Li-Ionen-Batterien sind.

Kostengünstig
LFP-Batterien werden aus Eisen und Phosphor hergestellt, in großem Umfang abgebaut und sind kostengünstig.Die Kosten von LFP-Batterien sind Schätzungen zufolge bis zu 70 Prozent niedriger pro kg als nickelreiche NMC-Batterien.Seine chemische Zusammensetzung bietet einen Kostenvorteil.Die niedrigsten gemeldeten Zellpreise für LFP-Batterien fielen 2020 erstmals unter 100 $/kWh.

Geringe Umweltbelastung
LFP-Batterien enthalten kein Nickel oder Kobalt, die teuer sind und große Auswirkungen auf die Umwelt haben.Diese Batterien sind wiederaufladbar, was ihre Umweltfreundlichkeit zeigt.

Verbesserte Effizienz und Leistung
LFP-Batterien sind für ihre lange Lebensdauer bekannt, was sie zu einer beliebten Wahl für Anwendungen macht, die eine zuverlässige und konstante Leistungsabgabe über einen langen Zeitraum erfordern.Diese Akkus weisen langsamere Kapazitätsverlustraten auf als andere Lithium-Ionen-Akkus, wodurch ihre Leistung langfristig erhalten bleibt.Darüber hinaus haben sie eine niedrigere Betriebsspannung, was zu einem geringeren Innenwiderstand und schnelleren Lade-/Entladegeschwindigkeiten führt.

Verbesserte Sicherheit und Stabilität
LFP-Batterien sind thermisch und chemisch stabil, daher ist es weniger wahrscheinlich, dass sie explodieren oder Feuer fangen.LFP erzeugt ein Sechstel der Wärme von nickelreichem NMC.Da die Co-O-Bindung in LFP-Batterien stärker ist, werden Sauerstoffatome bei Kurzschluss oder Überhitzung langsamer freigesetzt.Darüber hinaus verbleibt in voll aufgeladenen Zellen kein Lithium, was sie im Vergleich zu den exothermen Reaktionen, die bei anderen Lithiumzellen beobachtet werden, sehr widerstandsfähig gegen Sauerstoffverlust macht.

Klein und leicht
LFP-Batterien sind fast 50 % leichter als Lithium-Manganoxid-Batterien.Sie sind bis zu 70 % leichter als Blei-Säure-Batterien.Wenn Sie eine LiFePO4-Batterie in einem Fahrzeug verwenden, verbrauchen Sie weniger Benzin und haben mehr Manövrierfähigkeit.Sie sind außerdem klein und kompakt, sodass Sie Platz auf Ihrem Motorroller, Boot, Wohnmobil oder Ihrer industriellen Anwendung sparen können.

LiFePO4-Batterien im Vergleich zu Nicht-Lithium-Batterien
Nicht-Lithium-Batterien haben eine Reihe von Vorteilen, werden aber angesichts des Potenzials der neuen LiFePo4-Batterien wahrscheinlich mittelfristig ersetzt, da ältere Technologien teuer und weniger effizient sind.

Bleibatterien
Blei-Säure-Batterien mögen auf den ersten Blick kostengünstig erscheinen, sind aber langfristig teurer.Dies liegt daran, dass sie häufiger gewartet und ausgetauscht werden müssen.Eine LiFePO4-Batterie hält 2-4 mal länger ohne Wartung.

Gel-Batterien
Gelbatterien müssen wie LiFePO4-Batterien nicht häufig aufgeladen werden und verlieren während der Lagerung nicht an Ladung.Gel-Batterien werden jedoch langsamer aufgeladen.Sie müssen getrennt werden, sobald sie vollständig aufgeladen sind, um eine Zerstörung zu vermeiden.

AGM-Batterien
Während AGM-Batterien unter 50% Kapazität ein hohes Risiko haben, beschädigt zu werden, können LiFePO4-Batterien völlig ohne Schadensrisiko entladen werden.Außerdem ist es schwierig, sie aufrecht zu erhalten.

Anwendungen für LiFePO4-Batterien
LiFePO4-Batterien haben viele wertvolle Anwendungen, einschließlich

Fischerboote und Kajaks: Sie können mit weniger Ladezeit und längerer Laufzeit mehr Zeit auf dem Wasser verbringen.Weniger Gewicht sorgt für eine einfachere Handhabung und einen Geschwindigkeitsschub bei Angelwettbewerben mit hohen Einsätzen.

Mobilitätsroller und Mopeds: Es gibt kein totes Gewicht, das Sie bremst.Laden Sie Ihren Akku für spontane Fahrten auf weniger als die volle Kapazität auf, ohne ihn zu beschädigen.

Solarkonfigurationen: Tragen Sie leichte LiFePO4-Batterien überall hin mit, wo das Leben Sie hinführt (sogar auf einen Berg oder abseits des Stromnetzes), um die Kraft der Sonne zu nutzen.

Gewerbliche Nutzung: Dies sind die sichersten und widerstandsfähigsten Lithiumbatterien, die sie ideal für industrielle Anwendungen wie Bodenmaschinen, Heckklappen und mehr machen.

Darüber hinaus versorgen Lithium-Eisenphosphat-Batterien viele andere Geräte wie Taschenlampen, elektronische Zigaretten, Funkgeräte, Notbeleuchtung und andere Gegenstände mit Strom.

Möglichkeiten für die LFP-Implementierung im großen Maßstab
Während LFP-Batterien kostengünstiger und stabiler als Alternativen sind, war die Energiedichte ein erhebliches Hindernis für eine breite Einführung.LFP-Batterien haben eine viel geringere Energiedichte, die zwischen 15 und 25 % liegt.Dies ändert sich jedoch durch dickere Elektroden, wie sie im Modell 3 aus Shanghai mit einer Energiedichte von 359 Wh/Liter verwendet werden.

Aufgrund der langen Lebensdauer von LFP-Akkus haben sie mehr Kapazität als Li-Ionen-Akkus mit vergleichbarem Gewicht.Das bedeutet, dass sich die Energiedichte dieser Batterien mit der Zeit annähern wird.

Ein weiteres Hindernis für die Massenakzeptanz ist, dass China den Markt aufgrund der Vielzahl von LFP-Patenten dominiert hat.Da diese Patente auslaufen, gibt es Spekulationen, dass die LFP-Produktion, wie die Fahrzeugherstellung, lokalisiert werden wird.

Große Autohersteller wie Ford, Volkswagen und Tesla nutzen die Technologie zunehmend, indem sie Nickel- oder Kobaltformulierungen ersetzen.Die jüngste Ankündigung von Tesla in seinem vierteljährlichen Update ist nur der Anfang.Tesla gab auch ein kurzes Update zu seinem 4680-Akkupack, der eine höhere Energiedichte und Reichweite haben wird.Es ist auch möglich, dass Tesla eine „Cell-to-Pack“-Konstruktion verwendet, um mehr Zellen zu kondensieren und eine geringere Energiedichte aufzunehmen.

Trotz seines Alters können LFP und die Reduzierung der Batteriekosten entscheidend sein, um die Masseneinführung von Elektrofahrzeugen zu beschleunigen.Bis 2023 sollen die Lithium-Ionen-Preise nahe bei 100 $/kWh liegen.LFPs können es Autoherstellern ermöglichen, Faktoren wie Komfort oder Ladezeit statt nur den Preis hervorzuheben.


Postzeit: 10. August 2022