סוללת LiFePO4

סוללת הליתיום ברזל פוספט היא סוללת ליתיום-יון המשתמשת בפוספט ליתיום ברזל (LiFePO4) כחומר האלקטרודה החיובי ופחמן כחומר האלקטרודה השלילי.
במהלך תהליך הטעינה, חלק מיוני הליתיום בפוספט ליתיום ברזל מופקים, מועברים לאלקטרודה השלילית דרך האלקטרוליט, ומוטבעים בחומר הפחמן של האלקטרודה השלילי;במקביל, אלקטרונים משתחררים מהאלקטרודה החיובית ומגיעים לאלקטרודה השלילית מהמעגל החיצוני כדי לשמור על איזון התגובה הכימית.במהלך תהליך הפריקה, יוני ליתיום מופקים מהאלקטרודה השלילית ומגיעים אל האלקטרודה החיובית דרך האלקטרוליט.במקביל, האלקטרודה השלילית משחררת אלקטרונים ומגיעה לאלקטרודה החיובית מהמעגל החיצוני כדי לספק אנרגיה לעולם החיצון.
לסוללות LiFePO4 יש את היתרונות של מתח עבודה גבוה, צפיפות אנרגיה גבוהה, חיי מחזור ארוכים, ביצועי בטיחות טובים, קצב פריקה עצמית נמוך וללא אפקט זיכרון.
תכונות מבניות של הסוללה
הצד השמאלי של סוללת הליתיום ברזל פוספט הוא אלקטרודה חיובית המורכבת מחומר מבנה אוליבין LiFePO4, המחוברת לאלקטרודה החיובית של הסוללה באמצעות רדיד אלומיניום.מימין נמצאת האלקטרודה השלילית של הסוללה המורכבת מפחמן (גרפיט), המחוברת לאלקטרודה השלילית של הסוללה באמצעות רדיד נחושת.באמצע נמצא מפריד פולימרי, המפריד בין האלקטרודה החיובית לבין האלקטרודה השלילית, ויוני ליתיום יכולים לעבור דרך המפריד אך אלקטרונים לא.פנים הסוללה מלא באלקטרוליט, והסוללה אטומה הרמטית על ידי מעטפת מתכת.

תכונות של סוללת ליתיום ברזל פוספט
צפיפות אנרגיה גבוהה יותר

על פי דיווחים, צפיפות האנרגיה של מעטפת האלומיניום המרובעת ליתיום ברזל פוספט המיוצרת בהמונית בשנת 2018 היא כ-160Wh/kg.בשנת 2019, כמה יצרני סוללות מצוינים יכולים כנראה להגיע לרמה של 175-180Wh/kg.טכנולוגיית השבבים והקיבולת נעשים גדולים יותר, או שניתן להשיג 185Wh/kg.
ביצועי בטיחות טובים
הביצועים האלקטרוכימיים של חומר הקתודה של סוללת ליתיום ברזל פוספט הם יציבים יחסית, מה שקובע שיש לו פלטפורמת טעינה ופריקה יציבה.לכן, מבנה הסוללה לא ישתנה בתהליך הטעינה והפריקה, והיא לא תישרף ותתפוצץ.זה עדיין בטוח מאוד בתנאים מיוחדים כמו טעינה, סחיטה ודיקור.

חיי מחזור ארוכים

חיי מחזור 1C של סוללות ליתיום ברזל פוספט מגיעים בדרך כלל פי 2,000, או אפילו יותר מפי 3,500, בעוד ששוק אגירת האנרגיה דורש יותר מ-4,000-5,000 פעמים, מה שמבטיח חיי שירות של 8-10 שנים, שהם גבוהים מ-1,000 מחזורים של סוללות טרינריות.חיי המחזור של סוללות עופרת-חומצה ארוכות חיים הוא פי 300 בערך.
יישום תעשייתי של סוללת ליתיום ברזל פוספט

יישום של תעשיית רכב אנרגיה חדשה

"תוכנית פיתוח כלי רכב לחיסכון באנרגיה ואנרגיה חדשה" של ארצי מציעה כי "המטרה הכוללת של פיתוח רכבי האנרגיה החדשים של ארצי היא: עד 2020, הייצור והמכירה המצטברים של רכבי אנרגיה חדשים יגיעו ל-5 מיליון יחידות, והייצור של ארצי. קנה המידה של תעשיית רכב חיסכון באנרגיה ואנרגיה חדשה ידורג בעולם.בשורה הראשונה".סוללות ליתיום ברזל פוספט נמצאות בשימוש נרחב במכוניות נוסעים, מכוניות נוסעים, רכבים לוגיסטיים, רכבים חשמליים במהירות נמוכה וכו' בשל יתרונותיהם של בטיחות טובה ועלות נמוכה.בהשפעת המדיניות, סוללות משולשות תופסות עמדה דומיננטית עם היתרון של צפיפות אנרגיה, אך סוללות ליתיום ברזל פוספט עדיין תופסות יתרונות שאין להם תחליף במכוניות נוסעים, כלי רכב לוגיסטיים ותחומים אחרים.בתחום מכוניות הנוסעים, סוללות ליתיום ברזל פוספט היוו כ-76%, 81%, 78% מהמנות ה-5, 6 ו-7 של "קטלוג הדגמים המומלצים לקידום ויישום של רכבי אנרגיה חדשים" (להלן המכונה "הקטלוג") בשנת 2018. %, עדיין שומר על המיינסטרים.בתחום כלי הרכב המיוחדים, סוללות ליתיום ברזל פוספט היוו כ-30%, 32% ו-40% מהאצווה ה-5, 6 ו-7 של "הקטלוג" בשנת 2018, בהתאמה, ושיעור האפליקציות עלה בהדרגה. .
יאנג יושנג, אקדמאי מהאקדמיה הסינית להנדסה, מאמין שהשימוש בסוללות ליתיום ברזל פוספט בשוק הרכבים החשמליים לטווח הרחב יכול לא רק לשפר את בטיחות כלי הרכב, אלא גם לתמוך בשיווק של רכבים חשמליים לטווח מורחב. ביטול הקילומטראז', הבטיחות, המחיר והעלות של רכבים חשמליים טהורים.חרדה מטעינה, בעיות סוללה לאחר מכן וכו' במהלך התקופה שבין 2007 ל-2013, חברות רכב רבות השיקו פרויקטים של רכבים חשמליים טהורים לטווח ארוך.

הפעל את האפליקציה על הכוח

בנוסף למאפיינים של סוללות ליתיום כוח, לסוללת המתנע של ליתיום ברזל פוספט יש גם יכולת להפיק הספק גבוה באופן מיידי.סוללת העופרת-חומצה המסורתית מוחלפת בסוללת ליתיום כוח בעלת אנרגיה של פחות מקילוואט שעה אחת, ואת מנוע המתנע והגנרטור המסורתיים מחליפים מנוע BSG., לא רק שיש לו את הפונקציה של התנעה-עצירה בסרק, אלא יש גם את הפונקציות של כיבוי מנוע והשתחררות, שחזור אנרגיית יציאה ובלימה, מאיץ תאוצה ושיוט חשמלי.

יישומים בשוק אגירת האנרגיה

לסוללת LiFePO4 יש שורה של יתרונות ייחודיים כגון מתח עבודה גבוה, צפיפות אנרגיה גבוהה, חיי מחזור ארוכים, קצב פריקה עצמית נמוך, ללא אפקט זיכרון, הגנה על סביבה ירוקה וכו', ותומכת בהרחבה ללא מדרגות, מתאימה לחשמל בקנה מידה גדול. לאחסון אנרגיה בתחנות כוח מתחדשות יש סיכויי יישום טובים בתחומי חיבור בטוח לרשת של ייצור חשמל, ויסות שיא של רשת החשמל, תחנות כוח מבוזרות, ספקי כוח UPS ומערכות אספקת חשמל חירום.
על פי דוח אחסון האנרגיה האחרון שפורסם לאחרונה על ידי GTM Research, ארגון מחקר שוק בינלאומי, היישום של פרויקטים של אחסון אנרגיה בצד הרשת בסין בשנת 2018 המשיך להגדיל את הצריכה של סוללות ליתיום ברזל פוספט.
עם עלייתו של שוק אחסון האנרגיה, בשנים האחרונות, חלק מחברות סוללות החשמל פרסו עסקי אחסון אנרגיה כדי לפתוח שווקי יישומים חדשים לסוללות ליתיום ברזל פוספט.מצד אחד, בשל המאפיינים של חיים ארוכים במיוחד, שימוש בטוח, קיבולת גדולה ושמירה על איכות הסביבה ירוקה, ניתן להעביר פוספט ליתיום ברזל לתחום אגירת האנרגיה, מה שירחיב את שרשרת הערך ויקדם ביסוס של מודל עסקי חדש.מצד שני, מערכת אגירת האנרגיה התומכת בסוללת ליתיום ברזל פוספט הפכה לבחירה המרכזית בשוק.על פי דיווחים, סוללות ליתיום ברזל פוספט נוסו לשימוש באוטובוסים חשמליים, משאיות חשמליות, ויסות תדרים בצד המשתמש ובצד הרשת.
1. ייצור חשמל באנרגיה מתחדשת כגון ייצור כוח רוח וייצור חשמל פוטו-וולטאי מחובר בבטחה לרשת.האקראיות המובנית, הפסקות והתנודתיות של ייצור כוח הרוח קובעים שלפיתוח בקנה מידה גדול תהיה בהכרח השפעה משמעותית על הפעולה הבטוחה של מערכת החשמל.עם ההתפתחות המהירה של תעשיית כוח הרוח, במיוחד רוב חוות הרוח בארצי הן "פיתוח ריכוזי בקנה מידה גדול והולכה למרחקים ארוכים", ייצור החשמל המחובר לרשת של חוות רוח בקנה מידה גדול מציב אתגרים חמורים בפני תפעול ובקרה של רשתות חשמל גדולות.
ייצור חשמל פוטו-וולטאי מושפע מטמפרטורת הסביבה, עוצמת האור הסולארי ומתנאי מזג האוויר, וייצור חשמל פוטו-וולטאי מציג את המאפיינים של תנודות אקראיות.המדינה שלי מציגה מגמת פיתוח של "פיתוח מבוזר, גישה במתח נמוך באתר" ו"פיתוח בקנה מידה גדול, גישה למתח בינוני וגבוה", המציבה דרישות גבוהות יותר לוויסות שיא רשת החשמל והפעלה בטוחה של מערכות החשמל.
לכן, מוצרי אחסון אנרגיה בעלי קיבולת גדולה הפכו לגורם מפתח בפתרון הסתירה בין הרשת לייצור אנרגיה מתחדשת.למערכת אחסון האנרגיה של סוללת ברזל ליתיום ברזל פוספט יש מאפיינים של המרה מהירה של תנאי עבודה, מצב פעולה גמיש, יעילות גבוהה, בטיחות והגנה על הסביבה ויכולת מדרגיות חזקה.בעיית בקרת מתח מקומית, שפר את האמינות של ייצור חשמל באנרגיה מתחדשת ושיפור איכות החשמל, כך שאנרגיה מתחדשת יכולה להפוך לאספקת חשמל רציפה ויציבה.
עם התרחבות מתמשכת של הקיבולת וההיקף, והבשלות המתמשכת של טכנולוגיה משולבת, העלות של מערכות אחסון אנרגיה תופחת עוד יותר.לאחר בדיקות בטיחות ואמינות ארוכות טווח, מערכות אחסון אנרגיה של סוללת ליתיום ברזל פוספט צפויות לשמש באנרגיה מתחדשת כגון אנרגיית רוח וייצור חשמל פוטו-וולטאי.נעשה בו שימוש נרחב בחיבור רשת בטוח של ייצור אנרגיה ושיפור איכות החשמל.
2 ויסות שיא רשת חשמל.האמצעי העיקרי לוויסות שיא רשת החשמל היה תמיד תחנות כוח אחסון שאוב.מכיוון שתחנת הכוח השאובה צריכה להקים שני מאגרים, המאגרים העליון והתחתון, המוגבלים מאוד בתנאים גיאוגרפיים, לא קל להקים אותה במישור, השטח גדול ועלות התחזוקה גבוהה.השימוש במערכת אחסון אנרגיה ליתיום ברזל פוספט כדי להחליף את תחנת הכוח לאחסון שאוב, להתמודדות עם עומס השיא של רשת החשמל, לא מוגבל בתנאים גיאוגרפיים, בחירת אתר חופשית, פחות השקעה, פחות תפוסת קרקע, עלות תחזוקה נמוכה, ישחק תפקיד חשוב בתהליך ויסות שיא רשת החשמל.
3 תחנות כוח מבוזרות.בשל הפגמים של רשת החשמל הגדולה עצמה, קשה להבטיח את דרישות האיכות, היעילות, הבטיחות והאמינות של אספקת החשמל.עבור יחידות וארגונים חשובים, לעתים קרובות נדרשים ספקי כוח כפולים או אפילו ספקי כוח מרובים כגיבוי והגנה.מערכת אחסון האנרגיה של סוללת ליתיום ברזל פוספט יכולה להפחית או למנוע הפסקות חשמל הנגרמות כתוצאה מתקלות ברשת החשמל ואירועים בלתי צפויים שונים, ולהבטיח אספקת חשמל בטוחה ואמינה בבתי חולים, בנקים, מרכזי פיקוד ובקרה, מרכזי עיבוד נתונים, תעשיות חומרים כימיים ודיוק תעשיות ייצור.משחק תפקיד חשוב.
4 ספק כוח UPS.ההתפתחות המתמשכת והמהירה של כלכלת סין הובילה לביזור הצרכים של משתמשי ספקי הכוח של UPS, מה שגרם ליותר תעשיות וליותר ארגונים לביקוש מתמשך לאספקת חשמל של UPS.
בהשוואה לסוללות עופרת, לסוללות ליתיום ברזל פוספט יש את היתרונות של חיי מחזור ארוכים, בטיחות ויציבות, הגנה על סביבה ירוקה וקצב פריקה עצמית נמוך.יהיה בשימוש נרחב.

יישומים בתחומים אחרים

סוללות ליתיום ברזל פוספט נמצאות בשימוש נרחב גם בתחום הצבאי בשל חיי המחזור הטובים שלהן, הבטיחות, הביצועים בטמפרטורה נמוכה ויתרונות נוספים.ב-10 באוקטובר 2018, חברת סוללות בשאנדונג הופיעה חזקה בתערוכת הישגי החדשנות הטכנולוגית של אינטגרציה צבאית-אזרחית בצ'ינגדאו, והציגה מוצרים צבאיים הכוללים סוללות צבאיות בטמפרטורה נמוכה במיוחד של -45℃.