في مساحة تخزين الطاقة سريعة التطور اليوم, فهم أعمق لخصائص LiFePO4 (فوسفات الحديد الليثيوم) وبوليمر ليثيوم أيون (يبو) تعد البطارية خطوة مهمة في فهم حلول الطاقة في المستقبل. تتمتع هاتان التقنيتان للبطارية بخصائصهما الخاصة وتظهران مزايا فريدة في سيناريوهات التطبيقات المختلفة.
ستلقي هذه المقالة نظرة متعمقة على LiFePO4 (فوسفات الحديد الليثيوم) مقابل بوليمر ليثيوم أيون (يبو) البطاريات, لكن, إن اختيار أفضل حل للبطارية يتطلب منا تقييم العديد من العوامل واتخاذ قرارات مستنيرة بناءً على الاحتياجات المحددة.
جدول المحتويات
ما هي بطارية LiFePO4?
بطارية LiFePO4, الاسم الكامل لبطارية ليثيوم فوسفات الحديد, هو عضو مهم في عائلة بطاريات الليثيوم أيون. هذه البطارية, بتركيبته الكيميائية الفريدة وخصائص الأداء المتميزة, يغير فهمنا لتكنولوجيا تخزين الطاقة.
تشمل مواد الكاثود لبطاريات الليثيوم بشكل أساسي كوبالتات الليثيوم, منجنات الليثيوم, نيكلات الليثيوم, المواد الثلاثية و فوسفات الحديد الليثيوم.
التكوين الأساسي ومبدأ العمل
مادة الأنود
الميزة الأبرز لبطاريات LiFePO4 هي استخدام فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4) كمادة القطب الموجب.
هذه المادة لها بنية بلورية مستقرة, مما يمنح البطارية ثباتًا حراريًا وأمانًا ممتازين.
مواد القطب السلبي
عادة ما تكون مصنوعة من الكربون الجرافيتي, على غرار بطاريات الليثيوم أيون التقليدية.
المنحل بالكهرباء
إلكتروليت سائل يتكون من أملاح الليثيوم المذابة في مذيب عضوي.
مبدأ العمل
عملية الشحن: تتم إزالة أيونات الليثيوم من بنية LiFePO4 للقطب الموجب ودمجها بين طبقات الجرافيت للقطب السالب من خلال المنحل بالكهرباء والحجاب الحاجز.
عملية التفريغ: تهرب أيونات الليثيوم من طبقة الجرافيت السالبة, من خلال المنحل بالكهرباء والحجاب الحاجز, إعادة تضمينها في هيكل LiFePO4 للقطب الموجب.
مميزات بطارية LiFePO4
دورة حياة طويلة
عادة ما يكون عدد دورات الشحن والتفريغ أكثر من 2000 مرات, ويمكن استخدام بطارية الليثيوم lifepo4 7 ل 8 سنوات بنفس الظروف, أكثر بكثير من الأنواع الأخرى من بطاريات الليثيوم.
التميز في السلامة
خضعت بطارية LiFePO4 لاختبارات سلامة صارمة, لديهم استقرار حراري جيد, وليست عرضة للهروب الحراري في ظل الظروف القاسية. حتى لو كان هناك حادث مروري, لن تنفجر.
إمكانية الشحن والتفريغ السريع
باستخدام شاحن مخصص, يمكنه تحمل معدل الشحن والتفريغ المرتفع, وهو مناسب لسيناريوهات التطبيق التي تتطلب استجابة سريعة.
القدرة على التكيف مع درجات الحرارة القوية
يمكن أن تصل قيمة الهواء الساخن لبطارية LiFePO4 350 ل 500 درجة مئوية. أداء مستقر في بيئة درجة حرارة عالية, مناسبة لمختلف الظروف المناخية.
وزن أخف
تحت نفس المواصفات القدرة, يبلغ حجم بطارية ليثيوم فوسفات الحديد ثلثي حجم بطارية الرصاص الحمضية فقط, والوزن هو ثلث بطارية الرصاص الحمضية فقط.
قدرة عالية
إذا كانت البطارية مشحونة بالكامل ولا يتم تفريغها لفترة طويلة, ستنخفض قدرتها بسرعة إلى ما دون قيمة السعة المقدرة, وهو ما يسمى تأثير الذاكرة. تحتوي بطاريات هيدريد معدن النيكل وبطاريات النيكل والكادميوم على ذاكرة, وبطاريات ليثيوم فوسفات الحديد لا توجد بها هذه الظاهرة. لبطاريات ليثيوم فوسفات الحديد, بغض النظر عن الحالة التي هم فيها, يمكن شحنها في أي وقت دون تفريغها أولاً ثم شحنها.
عيوب بطارية LiFePO4
ضعف الأداء في درجات الحرارة المنخفضة
في البيئة الباردة, ينخفض الأداء بشكل ملحوظ, وسوف يصل توهين البطارية إلى حوالي 55% في حوالي -20 درجة مئوية.
كثافة طاقة منخفضة
في كل مرة تصل إلى 150wh/kg, يصبح حجم/وزن البطارية أكبر. بنفس الحجم, تخزين الطاقة ليس بجودة بطاريات بوليمر الليثيوم أيون.
التكلفة الأولية العالية
على الرغم من أنها أكثر اقتصادا على المدى الطويل, الاستثمار الأولي كبير.
أداء عملية البطارية غير مستقر
اتساق الأداء ضعيف.
ما هي بطارية ليثيوم أيون?
بطارية ليثيوم أيون هي نوع من البطاريات الثانوية التي تحتوي على مركب يحتوي على الليثيوم كقطب إيجابي, من خلال عملية شحن وتفريغ أيونات الليثيوم بين القطبين الموجب والسالب للبطارية لتحقيق الشحن والتفريغ. تتكون بطارية الليثيوم أيون من قطب كهربائي موجب, القطب السلبي, المنحل بالكهرباء, الحجاب الحاجز وما إلى ذلك.
تعد بطارية ليثيوم أيون بوليمر فرعًا مهمًا من تكنولوجيا بطاريات الليثيوم أيون. السمة المميزة لها هي استخدام إلكتروليتات البوليمر.
مميزات بطارية ليثيوم أيون
مقاومة داخلية عالية
لأن المنحل بالكهرباء في بطارية الليثيوم أيون هو محلول عضوي, الموصلية أقل بكثير من بطارية النيكل والكادميوم; يذوب المنحل بالكهرباء في بطاريات هيدريد معدن النيكل بعمق في الماء, وبالتالي فإن المقاومة الداخلية لبطاريات الليثيوم أيون أكبر بحوالي عشر مرات من مقاومة بطاريات النيكل والكادميوم أو بطاريات هيدريد معدن النيكل.
يختلف جهد التشغيل بشكل كبير
عندما يتم تفريغ البطارية ل 80% من القدرة المقدرة, تغيير الجهد لبطارية NiCd صغير (عن 20%). في المقابل, يختلف جهد بطاريات Li-ion بشكل كبير (عن 40%). وهذا عيب خطير للأجهزة التي تعمل بالبطارية. لكن, لأن جهد التفريغ لبطاريات Li-ion يختلف بشكل كبير, ومن السهل أيضًا اكتشاف الشحن المتبقي للبطارية وفقًا لذلك.
تسارع معدل الانخفاض
كلما ارتفع معدل التفريغ, كلما زاد انخفاض القدرة. بمجرد أن يكون معدل التفريغ مرتفعًا جدًا (>1ج), سوف تنخفض قدرة بطارية الليثيوم أيون بشكل كبير نسبيًا, لذلك لا يمكن تفريغ بطارية الليثيوم أيون بتيار كبير, الحد الأقصى لمعدل التفريغ هو 1C, وعندما يتجاوز معدل التفريغ 1C, سيتم تقليل قدرة وعمر البطارية.
الفرق بين LiFePO4 وبطارية ليثيوم أيون بوليمر
الكيمياء والتكوين
بطارية LiFePO4, معروف على نطاق واسع بكاثود فوسفات الحديد, يوفر المزيد من الاستقرار والسلامة الحرارية. في المقابل, تستخدم بطارية ليثيوم أيون بوليمر إلكتروليت بوليمر ومجموعة متنوعة من مواد الكاثود, بما في ذلك الكوبالت, المركبات القائمة على المنغنيز أو النيكل. يمكن أن يؤثر هذا التغيير في التركيبة بشكل كبير على خصائص الأداء والسلامة.
جانب كثافة الطاقة
تتمتع بطاريات بوليمر ليثيوم أيون بشكل عام بكثافة طاقة أعلى من بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد. تعني كثافة الطاقة الفائقة هذه أنه بإمكانهم تخزين المزيد من الطاقة لكل وحدة حجم أو وزن. ميزة كثافة الطاقة تجعل بطارية الليثيوم بوليمر أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب مصدر طاقة خفيفًا وصغير الحجم, مثل الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية والأجهزة المحمولة.
الأمن والاستقرار
تتمتع بطارية LiFePO4 باستقرار وأمان أفضل نظرًا لتركيبتها الخاصة, وليس عرضة لمشاكل الانفلات الحراري أو ارتفاع درجة الحرارة. على العكس تماما, قد تواجه بطاريات ليثيوم أيون بوليمر خطرًا أكبر للمشاكل الحرارية إذا لم يتم تشغيلها أو شحنها بشكل صحيح, لذلك هناك حاجة إلى آليات أمان أكثر تطوراً لمنع حدوث المخاطر المحتملة.
أداء وتطبيق LiFePO4 وبطارية ليثيوم أيون بوليمر
دورات الشحن والتفريغ
تحتوي بطاريات LiFePO4 عادةً على عدد أكبر من دورات الشحن والتفريغ مقارنةً ببطاريات بوليمر أيون الليثيوم. إنهم يميلون إلى الاحتفاظ بقدرتهم بعد دورات متعددة, مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب الشحن والتفريغ المتكرر.
الجهد الاسمي
عادةً ما يكون الجهد الاسمي لبطاريات LiFePO4 أقل من جهد بطاريات ليثيوم أيون بوليمر. قد يكون لديهم جهد اسمي يتراوح من 3.2 فولت إلى 3.3 فولت لكل خلية, في حين أن بطاريات ليثيوم أيون بوليمر عادة ما يكون لها جهد اسمي أعلى.
حساسية درجة الحرارة
تعد بطاريات LiFePO4 بشكل عام أقل حساسية لتقلبات درجات الحرارة من بطاريات بوليمر الليثيوم أيون. تميل إلى أن تكون أكثر استقرارًا على نطاق أوسع من درجات الحرارة وتكون أكثر ملاءمة للبيئات ذات ظروف درجات الحرارة المتغيرة.
خاتمة
تلعب كل من بطاريات LiFePO4 وبطاريات ليثيوم أيون بوليمر دورًا مهمًا في تطوير تكنولوجيا تخزين الطاقة. يتطلب اختيار تقنية البطارية تحليلًا متعمقًا لمتطلبات سيناريو التطبيق المحدد, مثل السلامة, كثافة الطاقة, دورة الحياة, يكلف, وهكذا. مع استمرار التكنولوجيا في التقدم, يتم تحسين وتحسين كل من تقنيات البطارية بشكل مستمر, وقد يشهد المستقبل مزايا كل منهما أو ظهور تقنيات هجينة جديدة.
عند اختيار حل البطارية, فمن المستحسن النظر في تكلفة الاستخدام على المدى الطويل, التأثير البيئي, ومتطلبات الأداء للتطبيق المحدد. فقط من خلال التحليل الشامل والمقايضات يمكننا العثور على أفضل حل لتخزين الطاقة لكل سيناريو تطبيق فريد.
أسئلة مكررة
هل يمكنك التوصية بمنتجات بطارية LiFePO4 أفضل?
نعم, نحن في GYCX الشمسية نقدم مجموعة كاملة من منتجات الطاقة الشمسية, مشتمل البطاريات الشمسية. هناك منتجات بطاريات LiFePO4 الشهيرة للاختيار من بينها，يمكنك النقر على الرابط لعرض منتجات بطاريات LiFePO4 ذات الصلة.
هل LiFePO4 بطارية ليثيوم أيون بوليمر؟?
بالطبع لا, LiFePO4 (فوسفات الحديد الليثيوم) هي مادة كيميائية محددة لبطارية أيون الليثيوم معروفة بسلامتها واستقرارها الممتاز, ولكنها ليست بالضرورة بطارية ليثيوم أيون بوليمر.
كم تدوم بطارية LiFePO4؟?
إذا تمت صيانتها بشكل صحيح, يمكن أن تدوم بطارية LiFePO4 تقريبًا 2,000 ل 7,000 دورات الشحن. بسبب كيمياءها الأكثر استقرارًا ودورة حياتها الأطول, تتمتع بعمر خدمة أطول بكثير من العديد من بطاريات الليثيوم أيون الأخرى.
هل من الممكن زيادة شحن بطارية LiFePO4؟?
بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم أيون الكيميائية الأخرى, تتمتع بطاريات LiFePO4 بقدرة تحمل قوية نسبيًا للشحن الزائد. لكن, من أجل تعظيم عمر الخدمة وضمان السلامة, لا يزال ينبغي تجنب الشحن الزائد على المدى الطويل.
هل يمكن لشاحن الليثيوم أيون شحن بطارية LiFePO4?
لا يُنصح باستخدام شواحن الليثيوم أيون لشحن بطاريات LiFePO4 بسبب الاختلافات في الجهد وظروف الشحن. يوصى باستخدام شاحن مُكيَّف خصيصًا لبطاريات LiFePO4.
