Batteria LiFePO4

La batteria al litio ferro fosfato è una batteria agli ioni di litio che utilizza il litio ferro fosfato (LiFePO4) come materiale dell'elettrodo positivo e il carbonio come materiale dell'elettrodo negativo.
Durante il processo di carica, alcuni ioni di litio presenti nel fosfato di ferro e litio vengono estratti, trasferiti all'elettrodo negativo attraverso l'elettrolita e incorporati nel materiale di carbonio dell'elettrodo negativo; contemporaneamente, gli elettroni vengono rilasciati dall'elettrodo positivo e raggiungono l'elettrodo negativo dal circuito esterno per mantenere l'equilibrio della reazione chimica. Durante il processo di scarica, gli ioni di litio vengono estratti dall'elettrodo negativo e raggiungono l'elettrodo positivo attraverso l'elettrolita. Contemporaneamente, l'elettrodo negativo rilascia elettroni e raggiunge l'elettrodo positivo dal circuito esterno per fornire energia all'ambiente esterno.
Le batterie LiFePO4 presentano i vantaggi di un'elevata tensione di esercizio, un'elevata densità energetica, un lungo ciclo di vita, buone prestazioni di sicurezza, un basso tasso di autoscarica e l'assenza di effetto memoria.
Caratteristiche strutturali della batteria
Il lato sinistro della batteria al litio-ferro-fosfato è costituito da un elettrodo positivo composto da un materiale LiFePO4 a struttura olivinica, collegato all'elettrodo positivo della batteria tramite un foglio di alluminio. Sul lato destro si trova l'elettrodo negativo della batteria, composto da carbonio (grafite), collegato all'elettrodo negativo della batteria tramite un foglio di rame. Al centro si trova un separatore polimerico che separa l'elettrodo positivo da quello negativo, consentendo il passaggio degli ioni di litio ma non degli elettroni. L'interno della batteria è riempito di elettrolita e la batteria è sigillata ermeticamente da un involucro metallico.

Caratteristiche della batteria al litio ferro fosfato
Maggiore densità energetica

Secondo alcuni rapporti, la densità energetica della batteria al litio-ferro-fosfato con guscio quadrato in alluminio prodotta in serie nel 2018 è di circa 160 Wh/kg. Nel 2019, alcuni eccellenti produttori di batterie potrebbero probabilmente raggiungere un livello di 175-180 Wh/kg. La tecnologia dei chip e la capacità sono state migliorate, arrivando a 185 Wh/kg.
buone prestazioni di sicurezza
Le prestazioni elettrochimiche del materiale catodico della batteria al litio-ferro-fosfato sono relativamente stabili, il che determina una piattaforma di carica e scarica stabile. Pertanto, la struttura della batteria non subisce modifiche durante il processo di carica e scarica, e non brucia né esplode. È comunque molto sicura in condizioni particolari come la carica, la compressione e l'agopuntura.

Ciclo di vita lungo

La durata di un ciclo di 1C delle batterie al litio-ferro-fosfato raggiunge generalmente le 2.000 volte, o anche più di 3.500 volte, mentre il mercato dell'accumulo di energia richiede più di 4.000-5.000 cicli, garantendo una durata di 8-10 anni, superiore ai 1.000 cicli delle batterie ternarie. La durata di un ciclo di 1C delle batterie al piombo-acido a lunga durata è di circa 300 volte.
Applicazione industriale della batteria al litio ferro fosfato

Applicazione dell'industria dei veicoli a nuova energia

Il "Piano di sviluppo dell'industria dei veicoli a risparmio energetico e a nuove energie" del mio Paese propone che "l'obiettivo generale dello sviluppo dei veicoli a nuove energie del mio Paese sia: entro il 2020, la produzione e le vendite cumulative di veicoli a nuove energie raggiungeranno i 5 milioni di unità e l'industria dei veicoli a risparmio energetico e a nuove energie del mio Paese si classificherà in prima fila a livello mondiale". Le batterie al litio-ferro-fosfato sono ampiamente utilizzate in autovetture, veicoli per il trasporto passeggeri, veicoli logistici, veicoli elettrici a bassa velocità, ecc. grazie ai loro vantaggi di elevata sicurezza e basso costo. Influenzate dalle politiche, le batterie ternarie occupano una posizione dominante grazie al vantaggio della densità energetica, ma le batterie al litio-ferro-fosfato continuano a vantare vantaggi insostituibili nelle autovetture, nei veicoli logistici e in altri settori. Nel settore delle autovetture, le batterie al litio-ferro-fosfato rappresentavano circa il 76%, l'81% e il 78% del 5°, 6° e 7° lotto del "Catalogo dei modelli raccomandati per la promozione e l'applicazione di veicoli a nuova energia" (di seguito denominato "Catalogo") nel 2018. %, mantenendo comunque la quota prevalente. Nel settore dei veicoli speciali, le batterie al litio-ferro-fosfato rappresentavano rispettivamente circa il 30%, il 32% e il 40% del 5°, 6° e 7° lotto del "Catalogo" nel 2018, e la percentuale di applicazioni è gradualmente aumentata.
Yang Yusheng, accademico dell'Accademia Cinese di Ingegneria, ritiene che l'utilizzo di batterie al litio-ferro-fosfato nel mercato dei veicoli elettrici a lunga autonomia non solo possa migliorare la sicurezza dei veicoli, ma anche favorirne la commercializzazione, eliminando i costi di chilometraggio, sicurezza, prezzo e autonomia dei veicoli esclusivamente elettrici. L'ansia legata alla ricarica, i conseguenti problemi alle batterie, ecc., sono stati i principali fattori che hanno contribuito a ridurre l'impatto ambientale. Nel periodo dal 2007 al 2013, molte case automobilistiche hanno avviato progetti di veicoli esclusivamente elettrici a lunga autonomia.

Avviare l'applicazione sull'alimentazione

Oltre alle caratteristiche delle batterie al litio, la batteria di avviamento al litio-ferro-fosfato offre anche la capacità di erogare istantaneamente un'elevata potenza. La tradizionale batteria al piombo-acido viene sostituita da una batteria al litio con un'energia inferiore a un kilowattora, mentre il motorino di avviamento e il generatore tradizionali vengono sostituiti da un motore BSG. , oltre alla funzione di start-stop al minimo, offre anche le funzioni di spegnimento motore e veleggiamento, recupero dell'energia in frenata e in veleggiamento, booster di accelerazione e cruise control elettrico.

Applicazioni nel mercato dell'accumulo di energia

La batteria LiFePO4 ha una serie di vantaggi unici, come elevata tensione di lavoro, elevata densità energetica, lunga durata del ciclo, bassa velocità di autoscarica, nessun effetto memoria, protezione ambientale ecologica, ecc. e supporta un'espansione continua, adatta per l'accumulo di energia elettrica su larga scala, nelle centrali elettriche a energia rinnovabile ha buone prospettive di applicazione nei campi della connessione di rete sicura per la generazione di energia, regolazione dei picchi della rete elettrica, centrali elettriche distribuite, alimentatori UPS e sistemi di alimentazione di emergenza.
Secondo l'ultimo rapporto sull'accumulo di energia pubblicato di recente da GTM Research, un'organizzazione internazionale di ricerche di mercato, l'applicazione di progetti di accumulo di energia lato rete in Cina nel 2018 ha continuato ad aumentare il consumo di batterie al litio ferro fosfato.
Con l'ascesa del mercato dell'accumulo di energia, negli ultimi anni, alcune aziende produttrici di batterie hanno implementato il settore dell'accumulo di energia per aprire nuovi mercati applicativi per le batterie al litio ferro fosfato. Da un lato, grazie alle caratteristiche di lunghissima durata, sicurezza d'uso, elevata capacità e rispetto dell'ambiente, il litio ferro fosfato può essere trasferito al campo dell'accumulo di energia, estendendo la catena del valore e promuovendo la creazione di un nuovo modello di business. Dall'altro lato, il sistema di accumulo di energia che supporta le batterie al litio ferro fosfato è diventato la scelta principale sul mercato. Secondo alcuni rapporti, le batterie al litio ferro fosfato sono state sperimentate per l'utilizzo in autobus elettrici, camion elettrici e nella regolazione della frequenza lato utente e lato rete.
1. La generazione di energia da fonti rinnovabili, come l'eolico e il fotovoltaico, è connessa in modo sicuro alla rete. L'intrinseca casualità, intermittenza e volatilità della generazione di energia eolica determinano che il suo sviluppo su larga scala avrà inevitabilmente un impatto significativo sulla sicurezza del sistema elettrico. Con il rapido sviluppo del settore eolico, in particolare la maggior parte dei parchi eolici nel mio Paese sono "sviluppo centralizzato su larga scala e trasmissione a lunga distanza", la generazione di energia connessa alla rete di grandi parchi eolici pone gravi sfide al funzionamento e al controllo delle grandi reti elettriche.
La produzione di energia fotovoltaica è influenzata dalla temperatura ambiente, dall'intensità della luce solare e dalle condizioni meteorologiche, e presenta le caratteristiche di fluttuazioni casuali. Il mio Paese presenta una tendenza di sviluppo di "sviluppo decentralizzato, accesso in loco a bassa tensione" e "sviluppo su larga scala, accesso a media e alta tensione", che impone requisiti più elevati per la regolamentazione dei picchi della rete elettrica e il funzionamento sicuro dei sistemi energetici.
Pertanto, i sistemi di accumulo di energia ad alta capacità sono diventati un fattore chiave per risolvere il conflitto tra la rete e la generazione di energia rinnovabile. Il sistema di accumulo di energia con batterie al litio-ferro-fosfato offre le seguenti caratteristiche: rapida conversione delle condizioni di lavoro, modalità di funzionamento flessibile, elevata efficienza, sicurezza e protezione ambientale, nonché elevata scalabilità. Il controllo locale della tensione migliora l'affidabilità della generazione di energia rinnovabile e la qualità dell'energia, garantendo un'alimentazione continua e stabile.
Grazie alla continua espansione di capacità e scala, e alla continua maturità della tecnologia integrata, il costo dei sistemi di accumulo di energia sarà ulteriormente ridotto. Dopo test di sicurezza e affidabilità a lungo termine, si prevede che i sistemi di accumulo di energia con batterie al litio-ferro-fosfato saranno utilizzati nelle energie rinnovabili, come l'energia eolica e la produzione di energia fotovoltaica. Sono stati ampiamente utilizzati per la connessione sicura alla rete dei generatori di energia e per il miglioramento della qualità dell'energia.
2. Regolazione dei picchi di carico della rete elettrica. Il principale mezzo di regolazione dei picchi di carico della rete elettrica è sempre stato costituito dalle centrali elettriche ad accumulo. Poiché le centrali ad accumulo necessitano della costruzione di due serbatoi, uno superiore e uno inferiore, fortemente limitati dalle condizioni geografiche, non sono facili da realizzare in aree pianeggianti, con aree estese e costi di manutenzione elevati. L'utilizzo di sistemi di accumulo con batterie al litio-ferro-fosfato in sostituzione delle centrali elettriche ad accumulo, per far fronte ai picchi di carico della rete elettrica, senza limitazioni geografiche, libera scelta del sito, minori investimenti, minore occupazione di terreno e bassi costi di manutenzione, svolgerà un ruolo importante nel processo di regolazione dei picchi di carico della rete elettrica.
3. Centrali elettriche distribuite. A causa dei difetti della rete elettrica stessa, è difficile garantire i requisiti di qualità, efficienza, sicurezza e affidabilità dell'alimentazione elettrica. Per unità e aziende importanti, sono spesso necessari alimentatori doppi o persino multipli come backup e protezione. Il sistema di accumulo di energia con batterie al litio-ferro-fosfato può ridurre o evitare interruzioni di corrente causate da guasti alla rete elettrica e vari eventi imprevisti, garantendo un'alimentazione elettrica sicura e affidabile in ospedali, banche, centri di comando e controllo, centri di elaborazione dati, industrie di materiali chimici e industrie di produzione di precisione. Svolge un ruolo importante.
4. Alimentatore UPS. Il continuo e rapido sviluppo dell'economia cinese ha portato alla decentralizzazione delle esigenze degli utenti di alimentatori UPS, con conseguente aumento della domanda di alimentatori UPS da parte di un numero sempre maggiore di settori e aziende.
Rispetto alle batterie al piombo, le batterie al litio ferro fosfato presentano i vantaggi di un lungo ciclo di vita, sicurezza e stabilità, tutela dell'ambiente e basso tasso di autoscarica. Saranno ampiamente utilizzate.

Applicazioni in altri campi

Le batterie al litio-ferro-fosfato sono ampiamente utilizzate anche in ambito militare grazie alla loro buona durata, alla sicurezza, alle basse temperature e ad altri vantaggi. Il 10 ottobre 2018, un'azienda di batterie dello Shandong ha partecipato con grande successo alla prima Fiera dell'Innovazione Tecnologica per l'Integrazione Militare-Civile di Qingdao, esponendo prodotti militari tra cui batterie militari a bassissima temperatura fino a -45 °C.