แบตเตอรี่ LiFePO4

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) เป็นวัสดุอิเล็กโทรดบวกและคาร์บอนเป็นวัสดุอิเล็กโทรดลบ
ในระหว่างกระบวนการชาร์จ ไอออนลิเธียมบางส่วนในลิเธียมเหล็กฟอสเฟตจะถูกสกัด ถ่ายโอนไปยังอิเล็กโทรดลบผ่านอิเล็กโทรไลต์ และฝังไว้ในวัสดุคาร์บอนของอิเล็กโทรดลบ ในเวลาเดียวกัน อิเล็กตรอนจะถูกปลดปล่อยจากอิเล็กโทรดบวกและไปถึงอิเล็กโทรดลบจากวงจรภายนอกเพื่อรักษาสมดุลของปฏิกิริยาเคมี ในระหว่างกระบวนการคายประจุ ไอออนลิเธียมจะถูกสกัดออกจากอิเล็กโทรดลบและไปถึงอิเล็กโทรดบวกผ่านอิเล็กโทรไลต์ ในเวลาเดียวกัน อิเล็กโทรดลบจะปลดปล่อยอิเล็กตรอนและไปถึงอิเล็กโทรดบวกจากวงจรภายนอกเพื่อให้พลังงานแก่โลกภายนอก
แบตเตอรี่ LiFePO4 มีข้อได้เปรียบของแรงดันไฟฟ้าในการทำงานสูง ความหนาแน่นของพลังงานสูง อายุการใช้งานยาวนาน ประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยที่ดี อัตราการคายประจุเองต่ำ และไม่มีผลต่อหน่วยความจำ
คุณสมบัติโครงสร้างแบตเตอรี่
ด้านซ้ายของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเป็นขั้วบวกที่ประกอบด้วยวัสดุ LiFePO4 โครงสร้างโอลิวีน ซึ่งเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่ด้วยแผ่นฟอยล์อลูมิเนียม ทางด้านขวาคือขั้วลบของแบตเตอรี่ที่ประกอบด้วยคาร์บอน (กราไฟต์) ซึ่งเชื่อมต่อกับขั้วลบของแบตเตอรี่ด้วยแผ่นฟอยล์ทองแดง ตรงกลางคือตัวคั่นโพลีเมอร์ซึ่งแยกขั้วบวกออกจากขั้วลบ โดยไอออนลิเธียมสามารถผ่านตัวคั่นได้ แต่อิเล็กตรอนไม่ผ่าน ภายในแบตเตอรี่เต็มไปด้วยอิเล็กโทรไลต์ และแบตเตอรี่ถูกปิดผนึกอย่างแน่นหนาด้วยตัวเรือนโลหะ

คุณสมบัติของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต
ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น

ตามรายงาน ความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตเปลือกอลูมิเนียมสี่เหลี่ยมที่ผลิตจำนวนมากในปี 2018 อยู่ที่ประมาณ 160 วัตต์ชั่วโมง/กก. ในปี 2019 ผู้ผลิตแบตเตอรี่ชั้นนำบางรายอาจสามารถบรรลุระดับ 175-180 วัตต์ชั่วโมง/กก. ได้ เทคโนโลยีชิปและความจุถูกทำให้ใหญ่ขึ้น หรือสามารถทำได้ถึง 185 วัตต์ชั่วโมง/กก.
ประสิทธิภาพความปลอดภัยที่ดี
ประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของวัสดุแคโทดของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตค่อนข้างเสถียร ซึ่งกำหนดได้ว่ามีแพลตฟอร์มการชาร์จและการปล่อยประจุที่เสถียร ดังนั้น โครงสร้างของแบตเตอรี่จะไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างกระบวนการชาร์จและการปล่อยประจุ และจะไม่ไหม้และระเบิด ยังคงปลอดภัยมากภายใต้เงื่อนไขพิเศษ เช่น การชาร์จ การบีบ และการฝังเข็ม

อายุการใช้งานยาวนาน

อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตโดยทั่วไปอยู่ที่ 1C ซึ่งสูงถึง 2,000 เท่าหรือมากกว่า 3,500 เท่า ในขณะที่ตลาดการจัดเก็บพลังงานต้องการมากกว่า 4,000-5,000 เท่า ทำให้มีอายุการใช้งาน 8-10 ปี ซึ่งสูงกว่าแบตเตอรี่สามประเภทที่ใช้งานได้ 1,000 รอบ แบตเตอรี่ตะกั่วกรดอายุการใช้งานยาวนานอยู่ที่ประมาณ 300 เท่า
การประยุกต์ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตในอุตสาหกรรม

การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่

แผนการพัฒนาอุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่และการประหยัดพลังงานของประเทศของฉันเสนอว่า "เป้าหมายโดยรวมของการพัฒนายานยนต์พลังงานใหม่ของประเทศของฉันคือ: ภายในปี 2020 การผลิตและการขายยานยนต์พลังงานใหม่โดยรวมจะถึง 5 ล้านหน่วย และขนาดอุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่และการประหยัดพลังงานของประเทศของฉันจะอยู่ในแถวหน้าของโลก" แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์นั่งส่วนบุคคล รถยนต์นั่งส่วนบุคคล ยานยนต์ขนส่ง ยานยนต์ไฟฟ้าความเร็วต่ำ ฯลฯ เนื่องจากมีข้อดีด้านความปลอดภัยที่ดีและต้นทุนต่ำ แบตเตอรี่สามประเภทได้รับอิทธิพลจากนโยบายโดยมีข้อได้เปรียบด้านความหนาแน่นของพลังงาน แต่แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตยังคงครองข้อได้เปรียบที่ไม่สามารถทดแทนได้ในรถยนต์นั่งส่วนบุคคล ยานยนต์ขนส่ง และสาขาอื่นๆ ในด้านรถยนต์นั่งส่วนบุคคล แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตคิดเป็นประมาณ 76%, 81%, 78% ของชุดที่ 5, 6 และ 7 ของ "แคตตาล็อกรุ่นที่แนะนำสำหรับการส่งเสริมและการใช้งานยานยนต์พลังงานใหม่" (ต่อไปนี้เรียกว่า "แคตตาล็อก") ในปี 2018 % ยังคงเป็นกระแสหลัก ในด้านยานยนต์พิเศษ แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตคิดเป็นประมาณ 30%, 32% และ 40% ของชุดที่ 5, 6 และ 7 ของ "แคตตาล็อก" ในปี 2018 ตามลำดับ และสัดส่วนของการใช้งานเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ
หยาง ยูเซิง นักวิชาการจากสถาบันวิศวกรรมศาสตร์แห่งประเทศจีน เชื่อว่าการใช้แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตในตลาดรถยนต์ไฟฟ้าระยะทางไกลไม่เพียงแต่จะช่วยเพิ่มความปลอดภัยของรถยนต์เท่านั้น แต่ยังสนับสนุนการนำรถยนต์ไฟฟ้าระยะทางไกลออกสู่ตลาดอีกด้วย โดยจะขจัดปัญหาระยะทาง ความปลอดภัย ราคา และต้นทุนของรถยนต์ไฟฟ้าล้วน ความวิตกกังวลเกี่ยวกับการชาร์จไฟ ปัญหาแบตเตอรี่ที่ตามมา ฯลฯ ในช่วงปี 2007 ถึง 2013 บริษัทผลิตรถยนต์หลายแห่งได้เปิดตัวโครงการรถยนต์ไฟฟ้าล้วนระยะทางไกล

เริ่มต้นการใช้งานบนเครื่อง

นอกจากคุณสมบัติของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบมีกำลังแล้ว แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบสตาร์ทเตอร์ยังมีความสามารถในการจ่ายพลังงานสูงได้ในทันทีอีกด้วย แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดแบบเดิมจะถูกแทนที่ด้วยแบตเตอรี่ลิเธียมแบบมีกำลังไฟฟ้าที่มีพลังงานน้อยกว่าหนึ่งกิโลวัตต์ชั่วโมง และมอเตอร์สตาร์ทและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเดิมจะถูกแทนที่ด้วยมอเตอร์ BSG ไม่เพียงแต่มีฟังก์ชั่นสตาร์ท-สต็อปรอบเดินเบาเท่านั้น แต่ยังมีฟังก์ชั่นปิดเครื่องยนต์และการเคลื่อนที่แบบไหล การเคลื่อนที่แบบไหลและเบรกเพื่อกู้คืนพลังงาน บูสเตอร์เร่งความเร็ว และครูซไฟฟ้าอีกด้วย

การประยุกต์ใช้ในตลาดการจัดเก็บพลังงาน

แบตเตอรี่ LiFePO4 มีข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์หลายประการ เช่น แรงดันไฟในการทำงานสูง ความหนาแน่นของพลังงานสูง อายุการใช้งานยาวนาน อัตราการคายประจุเองต่ำ ไม่มีเอฟเฟกต์หน่วยความจำ ปกป้องสิ่งแวดล้อมสีเขียว ฯลฯ และรองรับการขยายแบบไม่มีขั้นตอน เหมาะสำหรับการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าขนาดใหญ่ ในโรงไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียน มีแนวโน้มการใช้งานที่ดีในด้านการเชื่อมต่อกริดอย่างปลอดภัยในการผลิตไฟฟ้า การควบคุมพีคของกริดไฟฟ้า สถานีไฟฟ้าแบบกระจาย แหล่งจ่ายไฟ UPS และระบบจ่ายไฟฉุกเฉิน
ตามรายงานการกักเก็บพลังงานล่าสุดที่เผยแพร่เมื่อไม่นานนี้โดย GTM Research ซึ่งเป็นองค์กรวิจัยตลาดระหว่างประเทศ ระบุว่าการประยุกต์ใช้โครงการกักเก็บพลังงานด้านกริดในประเทศจีนในปี 2561 ทำให้การบริโภคแบตเตอรี่ลิเธียมไออนฟอสเฟตเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง
ด้วยการเติบโตของตลาดการจัดเก็บพลังงานในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา บริษัทแบตเตอรี่พลังงานบางแห่งได้ปรับใช้ธุรกิจการจัดเก็บพลังงานเพื่อเปิดตลาดการใช้งานใหม่สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต ในแง่หนึ่ง เนื่องจากลักษณะเฉพาะของอายุการใช้งานที่ยาวนานเป็นพิเศษ การใช้งานที่ปลอดภัย ความจุขนาดใหญ่ และการปกป้องสิ่งแวดล้อมสีเขียว ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตจึงสามารถถ่ายโอนไปยังสาขาการจัดเก็บพลังงาน ซึ่งจะขยายห่วงโซ่คุณค่าและส่งเสริมการจัดตั้งรูปแบบธุรกิจใหม่ ในทางกลับกัน ระบบการจัดเก็บพลังงานที่รองรับแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตได้กลายเป็นตัวเลือกหลักในตลาด ตามรายงาน แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตได้รับการลองใช้ในรถบัสไฟฟ้า รถบรรทุกไฟฟ้า การควบคุมความถี่ด้านผู้ใช้และด้านกริด
1. การผลิตพลังงานหมุนเวียน เช่น การผลิตพลังงานลมและการผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์นั้นเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าอย่างปลอดภัย ความสุ่ม ความไม่ต่อเนื่อง และความไม่แน่นอนโดยธรรมชาติของการผลิตพลังงานลมนั้นกำหนดว่าการพัฒนาในระดับใหญ่จะส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการทำงานที่ปลอดภัยของระบบไฟฟ้าอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมพลังงานลม โดยเฉพาะอย่างยิ่งฟาร์มพลังงานลมส่วนใหญ่ในประเทศของฉันนั้นเป็น "การพัฒนาแบบรวมศูนย์ขนาดใหญ่และการส่งสัญญาณระยะไกล" การผลิตพลังงานที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าของฟาร์มพลังงานลมขนาดใหญ่นั้นก่อให้เกิดความท้าทายอย่างมากต่อการดำเนินงานและการควบคุมโครงข่ายไฟฟ้าขนาดใหญ่
การผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิโดยรอบ ความเข้มของแสงอาทิตย์ และสภาพอากาศ และการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์มีลักษณะของการผันผวนแบบสุ่ม ประเทศของฉันนำเสนอแนวโน้มการพัฒนาของ "การพัฒนาแบบกระจายอำนาจ การเข้าถึงสถานที่แรงดันต่ำ" และ "การพัฒนาขนาดใหญ่ การเข้าถึงแรงดันปานกลางและสูง" ซึ่งเสนอข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับการควบคุมจุดสูงสุดของโครงข่ายไฟฟ้าและการทำงานของระบบไฟฟ้าที่ปลอดภัย
ดังนั้น ผลิตภัณฑ์จัดเก็บพลังงานความจุขนาดใหญ่จึงกลายเป็นปัจจัยสำคัญในการแก้ไขข้อขัดแย้งระหว่างกริดและการผลิตพลังงานหมุนเวียน ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมีลักษณะเฉพาะของการแปลงสภาพการทำงานอย่างรวดเร็ว โหมดการทำงานที่ยืดหยุ่น ประสิทธิภาพสูง ปลอดภัย และปกป้องสิ่งแวดล้อม และความสามารถในการปรับขนาดที่แข็งแกร่ง ปัญหาการควบคุมแรงดันไฟฟ้าในพื้นที่ ปรับปรุงความน่าเชื่อถือของการผลิตพลังงานพลังงานหมุนเวียน และปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า เพื่อให้พลังงานหมุนเวียนสามารถกลายเป็นแหล่งจ่ายพลังงานอย่างต่อเนื่องและมีเสถียรภาพ
ด้วยการขยายตัวอย่างต่อเนื่องของความจุและขนาด และเทคโนโลยีบูรณาการที่เติบโตอย่างต่อเนื่อง ต้นทุนของระบบจัดเก็บพลังงานจะลดลงอีก หลังจากการทดสอบความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือในระยะยาว ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตคาดว่าจะถูกนำมาใช้ในพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานลมและการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการเชื่อมต่อกริดที่ปลอดภัยสำหรับการผลิตพลังงานและการปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า
2. การควบคุมพีคของกริดไฟฟ้า วิธีการหลักในการควบคุมพีคของกริดไฟฟ้าคือโรงไฟฟ้าแบบสูบน้ำเก็บพลังงาน เนื่องจากโรงไฟฟ้าแบบสูบน้ำเก็บพลังงานจำเป็นต้องสร้างอ่างเก็บน้ำสองแห่ง คือ อ่างเก็บน้ำด้านบนและด้านล่าง ซึ่งถูกจำกัดอย่างมากโดยสภาพทางภูมิศาสตร์ จึงไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะสร้างในพื้นที่ราบ และพื้นที่มีขนาดใหญ่และต้นทุนการบำรุงรักษาสูง การใช้ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเพื่อทดแทนโรงไฟฟ้าแบบสูบน้ำเก็บพลังงาน เพื่อรองรับโหลดพีคของกริดไฟฟ้า ไม่ถูกจำกัดโดยสภาพทางภูมิศาสตร์ การเลือกสถานที่อิสระ การลงทุนน้อยลง การครอบครองที่ดินน้อยลง ต้นทุนการบำรุงรักษาต่ำ จะมีบทบาทสำคัญในกระบวนการควบคุมพีคของกริดไฟฟ้า
3 สถานีไฟฟ้าแบบกระจาย เนื่องจากข้อบกพร่องของโครงข่ายไฟฟ้าขนาดใหญ่เอง จึงยากที่จะรับประกันคุณภาพ ประสิทธิภาพ ความปลอดภัย และข้อกำหนดความน่าเชื่อถือของแหล่งจ่ายไฟ สำหรับหน่วยงานและองค์กรที่สำคัญ มักจำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟคู่หรือแม้แต่หลายแหล่งจ่ายไฟเพื่อสำรองและป้องกัน ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตสามารถลดหรือหลีกเลี่ยงไฟฟ้าดับที่เกิดจากความล้มเหลวของโครงข่ายไฟฟ้าและเหตุการณ์ที่ไม่คาดคิดต่างๆ และรับรองแหล่งจ่ายไฟที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ในโรงพยาบาล ธนาคาร ศูนย์ควบคุมและสั่งการ ศูนย์ประมวลผลข้อมูล อุตสาหกรรมวัสดุเคมี และอุตสาหกรรมการผลิตที่แม่นยำ มีบทบาทสำคัญ
แหล่งจ่ายไฟ UPS 4 การพัฒนาอย่างต่อเนื่องและรวดเร็วของเศรษฐกิจจีนส่งผลให้ความต้องการของผู้ใช้แหล่งจ่ายไฟ UPS กระจายออกไป ส่งผลให้มีอุตสาหกรรมและองค์กรต่างๆ มากขึ้นที่ต้องการแหล่งจ่ายไฟ UPS อย่างต่อเนื่อง
เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมีข้อได้เปรียบคือ อายุการใช้งานยาวนาน ปลอดภัยและเสถียร ปกป้องสิ่งแวดล้อม และอัตราการคายประจุเองต่ำ จะถูกใช้กันอย่างแพร่หลาย

การประยุกต์ใช้ในสาขาอื่นๆ

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตยังใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการทหารเนื่องจากมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน ปลอดภัย มีประสิทธิภาพในอุณหภูมิต่ำ และข้อดีอื่นๆ เมื่อวันที่ 10 ตุลาคม 2018 บริษัทแบตเตอรี่แห่งหนึ่งในซานตงได้เข้าร่วมงานนิทรรศการนวัตกรรมเทคโนโลยีการบูรณาการทหาร-พลเรือนครั้งแรกที่เมืองชิงเต่า และจัดแสดงผลิตภัณฑ์ทางการทหาร เช่น แบตเตอรี่อุณหภูมิต่ำพิเศษทางการทหาร -45℃