Batteria LiFePO4

Nei report del terzo trimestre 2021, Tesla ha annunciato il passaggio alle batterie LiFePO4 come nuovo standard per i suoi veicoli. Ma cosa sono esattamente le batterie LiFePO4?

NEW YORK, NEW YORK, USA, 26 maggio 2022 /EINPresswire.com/ — Rappresentano un'alternativa migliore alle batterie agli ioni di litio? In cosa si differenziano dalle altre batterie?

Introduzione alle batterie al LiFePO4

Una batteria al litio ferro fosfato (LFP) è una batteria agli ioni di litio con velocità di carica e scarica più elevate. Si tratta di una batteria ricaricabile con LiFePO4 come catodo e un elettrodo di carbonio grafitico con supporto metallico come anodo.

Le batterie LiFePO4 hanno una densità energetica inferiore rispetto alle batterie agli ioni di litio e tensioni di esercizio più basse. Presentano una bassa velocità di scarica con curve orizzontali e sono più sicure delle batterie agli ioni di litio. Queste batterie sono anche note come batterie al ferrofosfato di litio.

L'invenzione delle batterie al LiFePO4

Le batterie al LiFePO4 sono state inventate da John B. Goodenough e Arumugam Manthiram. Furono tra i primi a individuare i materiali utilizzabili nelle batterie agli ioni di litio. I materiali anodici non sono ideali per le batterie agli ioni di litio a causa della loro tendenza a provocare cortocircuiti immediati.

Gli scienziati hanno scoperto che i materiali catodici sono migliori rispetto ai catodi delle batterie agli ioni di litio. Ciò è particolarmente evidente nelle varianti di batterie LiFePO4. Migliorano la stabilità e la conduttività e offrono vantaggi in una varietà di altri aspetti.

Oggi le batterie al litio ferro fosfato (LiFePO4) sono onnipresenti e trovano svariate applicazioni, tra cui l'utilizzo in imbarcazioni, impianti solari e veicoli. Le batterie al LiFePO4 sono prive di cobalto e meno costose della maggior parte delle alternative. Sono atossiche e hanno una durata di conservazione più lunga.

Specifiche della batteria LFP -

La funzione dei sistemi di gestione della batteria nelle batterie LFP

Le batterie LFP sono composte da molto più che semplici celle collegate tra loro; dispongono di un sistema che garantisce che la batteria rimanga entro limiti di sicurezza. Un sistema di gestione della batteria (BMS) protegge, controlla e monitora la batteria durante le condizioni operative per garantirne la sicurezza e prolungarne la durata.

La funzione dei sistemi di gestione della batteria nelle batterie LFP -

Nonostante le celle al litio ferro fosfato siano più tolleranti, sono comunque soggette a sovratensione durante la carica, il che ne riduce le prestazioni. Il materiale utilizzato per il catodo potrebbe deteriorarsi e perdere la sua stabilità. Il BMS regola la potenza erogata da ciascuna cella e garantisce il mantenimento della tensione massima della batteria.

Con il degrado dei materiali degli elettrodi, la sottotensione diventa un problema serio. Se la tensione di una qualsiasi cella scende al di sotto di una soglia specificata, il BMS disconnette la batteria dal circuito. Funge anche da dispositivo di sicurezza in caso di sovracorrente e arresta il funzionamento in caso di cortocircuito.

Batterie al LiFePO4 contro batterie agli ioni di litio

Le batterie LiFePO4 non sono adatte per dispositivi indossabili come gli orologi. Hanno una densità energetica inferiore rispetto a qualsiasi altra batteria al litio. Tuttavia, sono ideali per impianti solari, camper, golf cart, barche da pesca e motociclette elettriche.

★Uno dei principali vantaggi di queste batterie è la loro durata del ciclo di vita.

Queste batterie possono durare oltre 4 volte di più rispetto alle altre. Sono più sicure e possono raggiungere una profondità di scarica del 100%, il che significa che possono essere utilizzate per un periodo più prolungato.

Di seguito sono riportati ulteriori motivi per cui queste batterie rappresentano un'alternativa migliore alle batterie agli ioni di litio.

★Basso costo

Le batterie LFP sono composte da ferro e fosforo, estratti su vasta scala, e sono economiche. Si stima che il costo delle batterie LFP sia inferiore fino al 70% al kg rispetto alle batterie NMC, ricche di nichel. La loro composizione chimica offre un vantaggio in termini di costi. Nel 2020, i prezzi minimi registrati per le celle delle batterie LFP sono scesi per la prima volta sotto i 100 dollari/kWh.

★Impatto ambientale minimo
Le batterie LFP non contengono nichel o cobalto, materiali costosi e con un forte impatto ambientale. Inoltre, essendo ricaricabili, queste batterie sono ecocompatibili.

★Miglioramento dell'efficienza e delle prestazioni
Le batterie LFP sono note per la loro lunga durata, il che le rende una scelta popolare per le applicazioni che richiedono un'erogazione di energia affidabile e costante nel tempo. Queste batterie presentano tassi di perdita di capacità più lenti rispetto ad altre batterie agli ioni di litio, il che contribuisce a preservarne le prestazioni a lungo termine. Inoltre, hanno una tensione di esercizio inferiore, con conseguente minore resistenza interna e velocità di carica/scarica più elevate.

★Maggiore sicurezza e stabilità
Le batterie LFP sono termicamente e chimicamente stabili, quindi hanno meno probabilità di esplodere o incendiarsi. Le batterie LFP producono un sesto del calore rispetto alle batterie NMC ricche di nichel. Poiché il legame Co-O è più forte nelle batterie LFP, gli atomi di ossigeno vengono rilasciati più lentamente in caso di cortocircuito o surriscaldamento. Inoltre, nelle celle completamente caricate non rimane litio, il che le rende altamente resistenti alla perdita di ossigeno rispetto alle reazioni esotermiche che si verificano in altre celle al litio.

★Piccolo e leggero
Le batterie LFP sono quasi il 50% più leggere delle batterie al litio-ossido di manganese e fino al 70% più leggere delle batterie al piombo-acido. Utilizzando una batteria LiFePO4 in un veicolo, si consuma meno carburante e si ha maggiore manovrabilità. Sono inoltre piccole e compatte, il che consente di risparmiare spazio su scooter, barche, camper o in applicazioni industriali.

Batterie al litio ferro fosfato (LiFePO4) contro batterie non al litio
Le batterie non al litio presentano diversi vantaggi, ma è probabile che vengano sostituite nel medio termine, dato il potenziale delle nuove batterie LiFePo4, poiché la tecnologia più vecchia è costosa e meno efficiente.

☆Batterie al piombo
Le batterie al piombo possono sembrare economiche all'inizio, ma alla fine risultano più costose a lungo termine. Questo perché richiedono una manutenzione e una sostituzione più frequenti. Una batteria al litio ferro fosfato (LiFePO4) dura da 2 a 4 volte di più e non necessita di manutenzione.

☆Batterie al gel
Le batterie al gel, come quelle al litio ferro fosfato (LiFePO4), non richiedono ricariche frequenti e non perdono carica durante la conservazione. Tuttavia, le batterie al gel si caricano più lentamente. Devono essere scollegate non appena raggiungono la carica completa per evitare che si danneggino.

☆Batterie AGM
Mentre le batterie AGM corrono un alto rischio di danneggiarsi quando la loro capacità scende al di sotto del 50%, le batterie LiFePO4 possono essere scaricate completamente senza alcun rischio di danneggiamento. Inoltre, è difficile mantenerle cariche.

Applicazioni delle batterie al LiFePO4
Le batterie LiFePO4 hanno numerose applicazioni preziose, tra cui

●Barche da pesca e kayak: Puoi trascorrere più tempo in acqua grazie a tempi di ricarica ridotti e maggiore autonomia. Il peso inferiore garantisce una maggiore maneggevolezza e un vantaggio in termini di velocità durante le competizioni di pesca più impegnative.

●Scooter e ciclomotori per la mobilità: non c'è peso morto che ti rallenti. Carica la batteria anche se non completamente carica per gli spostamenti improvvisati senza danneggiarla.

●Configurazioni solari: porta con te batterie LiFePO4 leggere ovunque ti porti la vita (anche in montagna o fuori dalla rete elettrica) per sfruttare l'energia del sole.

●Uso commerciale: Queste sono le batterie al litio più sicure e resistenti, il che le rende ideali per applicazioni industriali come macchine lavapavimenti, sponde idrauliche e altro ancora.

Inoltre, le batterie al litio ferro fosfato alimentano molti altri dispositivi come torce elettriche, sigarette elettroniche, apparecchiature radio, illuminazione di emergenza e altri articoli.

Possibilità di implementazione su larga scala di LFP
Sebbene le batterie LFP siano meno costose e più stabili rispetto alle alternative, la densità energetica ha rappresentato un ostacolo significativo alla loro diffusione. Le batterie LFP hanno una densità energetica molto inferiore, compresa tra il 15 e il 25%. Tuttavia, questa situazione sta cambiando grazie all'utilizzo di elettrodi più spessi, come quelli impiegati nella Model 3 prodotta a Shanghai, che vanta una densità energetica di 359 Wh/litro.

Grazie al loro lungo ciclo di vita, le batterie LFP hanno una capacità maggiore rispetto alle batterie agli ioni di litio di peso comparabile. Ciò significa che la densità energetica di queste batterie diventerà più simile nel tempo.

Un altro ostacolo all'adozione su larga scala è rappresentato dal dominio del mercato da parte della Cina, grazie alla moltitudine di brevetti LFP. Con la scadenza di questi brevetti, si ipotizza che la produzione di LFP, analogamente a quella dei veicoli, verrà localizzata.

Le principali case automobilistiche come Ford, Volkswagen e Tesla utilizzano sempre più questa tecnologia, sostituendo le formulazioni a base di nichel o cobalto. Il recente annuncio di Tesla nel suo aggiornamento trimestrale è solo l'inizio. Tesla ha anche fornito un breve aggiornamento sul suo pacco batterie 4680, che avrà una maggiore densità energetica e autonomia. È anche possibile che Tesla utilizzi la costruzione "cell-to-pack" per condensare un maggior numero di celle e adattarsi a una minore densità energetica.

Nonostante la sua età,LFPLa riduzione dei costi delle batterie potrebbe essere cruciale per accelerare l'adozione di massa dei veicoli elettrici. Entro il 2023, si prevede che i prezzi delle batterie agli ioni di litio si avvicineranno ai 100 dollari/kWh. Le batterie a basso consumo (LFP) potrebbero consentire alle case automobilistiche di dare maggiore importanza a fattori come la praticità o i tempi di ricarica, piuttosto che al solo prezzo.