Литий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO4, LFP) — тип электрического аккумулятора, являющийся видом литий-ионного аккумулятора, в котором используется LiFePO4 в качестве катода.
Характеристики
- Удельная плотность энергии: 90–250 Вт•ч/кг (320-498 Дж/г)
- Объёмная плотность энергии: 220–350 Вт•ч/дм3 (790 кДж/дм3)
- Объёмная плотность конструкции: 2 кг/дм3
- Число циклов заряд/разряд до потери 20% ёмкости: 2000-7000[1]
- Срок хранения: до 15 лет[1]
- Саморазряд при комнатной температуре: 3-5% в месяц
- Напряжение
- Удельная мощность: >6,6 Вт/г (при разряде током 60С)
- диапазон рабочих температур: от -30°C до +55°C
История
Впервые LiFePO4 был открыт в 1996 году профессором Джоном Гуденафом из Техасского университета, как катод для литий-ионного аккумулятора. Примечателен данный материал был тем, что в сравнении с традиционным LiCoO2, обладает значительно меньшей стоимостью, является менее токсичным и более термоустойчив.Главным недостатком являл
ось то, что он обладал меньшей ёмкостью.
До 2003 года данная технология практически не развивалась, пока за неё не взялась компания A123 Systems. История A123 Systems начиналась в лаборатории профессора Цзяна Йе-Мина из Массачусетского технологического института (MIT) в конце 2000 года. На тот момент Цзян работал над созданием аккумулятора, основанного на самовоспроизведении структуры коллоидного раствора при определенных условиях. Однако на данном фронте работ возникли серьёзные трудности и когда в 2003 году исследования зашли в тупик, команда Цзян занялась исследованием литий-железо-фосфатных аккумуляторов. Инвесторами в созданную компанию стали такие мировые корпорации, как Motorola, Qualcomm и Sequoia Capital.
Преимущества и недостатки
LiFePO4 аккумуляторы происходят от литий-ионных, однако имеют ряд существенных отличий:
- LiFePO4 обеспечивает более длительный срок службы, чем другие литий-ионные подходы;
- В отличие от других литий-ионных, LiFePO4 аккумуляторы, как и никелевые, имеют очень стабильное напряжение разряда. Напряжение на выходе остается близко к 3,2 В во время разряда, пока заряд аккумулятора не будет исчерпан полностью. И это может значительно упростить или даже устранить необходимость регулирования напряжения в цепях.
- В связи с постоянным напряжением 3.2 В на выходе, четыре аккумулятора могут быть соединены последовательно для получения номинального напряжения на выходе в 12.8 В, что приближается к номинальному напряжению свинцово-кислотных аккумуляторов с шестью ячейками. Это, наряду с хорошими характеристиками безопасности LFP-аккумуляторов, делает их хорошей потенциальной заменой для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей во многих отраслях, таких как автомобилестроение и солнечная энергетика.
- Использование фосфатов позволяет избежать затрат кобальта и экологических проблем, в частности, при попадании кобальта в окружающую среду при неправильной утилизации.
- LiFePO4 имеет более высокий пиковый ток (а, учитывая стабильность напряжения — пиковую мощность), чем у LiCoO2.
- Удельная плотность энергии (энергия / объём) нового аккумулятора LFP примерно на 14% ниже, чем у новых литий-ионных аккумуляторов.
- LiFePO4 аккумуляторы имеют более низкую скорость разряда, чем свинцово-кислотные или литий-ионные. Так как скорость разряда определяется в процентах от ёмкости аккумулятора, то более высокая скорость разряда может быть достигнута в более ёмких аккумуляторах (больше ампер-часов). Однако могут быть использованы LiFePO4 элементы с высоким током разряда (имеющие более высокую скорость разряда, чем свинцово-кислотные батареи, или LiCoO2 той же мощности).
- Из-за более медленного снижения плотности энергии, спустя некоторое время эксплуатации, LiFePO4 элементы уже имеют большую плотность энергии, чем LiCoO2 и литий-ионные.
- LiFePO4 элементы медленнее теряют ёмкость, чем литий-ионные (LiCoO2 [литий-кобальт оксидные], LiMn2O4 [литий-марганцевая шпинель])
- Одним из важных преимуществ по сравнению с другими видами литий-ионных аккумуляторов, является термическая и химическая стабильность, что существенно повышает безопасность батареи.
- Морозостойкость. Например, для аккумулятора ANR26650M1-B[2] производителя A123 Systems заявлен температурный диапазон -30°C … 55°C для работы и -40°C … 60°C для хранения.
Данный тип аккумулятора активно применяется как буферный накопитель энергии в системах автономного электроснабжения с использованием ветрогенераторов и солнечных батарей а также в электровелосипедах, электроскутерах и электромобилях.
Российские производители
Российские производители LiFePO4 аккумуляторных батарей:
