Co jsou baterie LiFePO4?
Baterie LiFePO4 jsou typem lithiových baterií, které jsou složeny z lithia, železa a fosfátu. Další baterie v kategorii lithia zahrnují:
· Lithium kobalt oxid (LiCoO2)
· Lithium nikl mangan kobalt oxid (LiNiMnCoO2)
· Lithium titanát (LTO)
· Lithium mangan oxid (LiMn2O4)
· Lithium nikl kobalt hliník oxid (LiNiCoAlO2)
Možná si vzpomenete na některé z těchto prvků z hodin chemie, kde jste strávili hodiny memorováním periodické tabulky (nebo jste na ní jen zírali). Někteří z vás si možná i vybaví různé druhy experimentů, které jste během nich prováděli pod dohledem učitele, případně sami doma.
Někdy se najde student, který miluje experimenty a stane se z něj chemik. A byli to právě chemici, kteří objevili nejlepší kombinace lithia pro baterie. Zkráceně řečeno, takto vznikla baterie LiFePO4. (Přesněji řečeno v roce 1996 na University of Texas). LiFePO4 je nyní známá jako nejbezpečnější, nejstabilnější a nejspolehlivější lithiová baterie.
Stručná historie baterie LiFePO4
Za objev LiFePO4 vděčíme Johnu B. Goodenoughovi a Arumugamovi Manthiramenovi. Byli to první, kteří objevili materiály používané v lithiových iontových bateriích. Materiály anody nejsou pro použití v lithiových iontových bateriích příliš vhodné. Je to proto, že jsou náchylné k předčasnému zkratování.
Vědci objevili, že materiály katody jsou lepší alternativy pro lithium-iontové baterie. Což je velmi patrné u varianty baterií LiFePO4. Když poskočíme vpřed v čase, následovalo: zvyšování stability, vodivosti - zlepšování všeho možného a hup! Baterie LiFePO4 jsou na světě.
Dnes jsou rozšířené dobíjecí baterie LiFePO4 všude. Existuje pro ně mnoho perfektních aplikací - používají se v lodích, solárních systémech, vozidlech a dalších. Baterie LiFePO4 neobsahují kobalt a stojí méně než většina jejich alternativ (v dlouhodobém horizontu). Nejsou toxické a vydrží déle. Ale o tom se ještě dozvíme více. Budoucnost má pro baterii LiFePO4 velmi světlé vyhlídky.
Co dělá baterii LiFePO4 lepší?
Teď už víme, co jsou baterie LiFePO4, pojďme si říct, co dělá LiFePO4 lepší než lithiový ion a další lithiové baterie.
Baterie LiFePO4 není vhodná pro na těle nositelná zařízení jako hodinky. To proto, že mají nižší energetickou hustotu ve srovnání s ostatními lithiovými iontovými bateriemi. To ale neplatí pro věci jako solární energetické systémy, obytné vozy, golfové vozíky, rybářské čluny a elektrické motocykly. Proč?
Inu, za prvé, cyklická životnost baterie LiFePO4 je více než 4x vyšší než u ostatních lithiových iontových baterií.
Je také nejbezpečnějším typem lithiové baterie na trhu, bezpečnějším než lithiový ion a další typy baterií.
A nakonec, baterie LiFePO4 mohou dosáhnout 3 000-5 000 cyklů nebo více... Mohou zvládnout až 100% hloubky vybití (DOD). Proč je to důležité? Protože to znamená, že s LiFePO4 (na rozdíl od jiných baterií) nemusíte mít strach z nadměrného vybití baterie. Také ji můžete používat po delší dobu. Ve skutečnosti můžete kvalitní baterii LiFePO4 používat mnohem déle než jiné typy baterií. Je hodnocena na cca 5 000 cyklů. To je přibližně 10 let. Takže průměrné náklady na její provoz v čase jsou mnohem nižší. Takto si baterie LiFePO4 stojí oproti lithium-iontovým.
Zde jsou důvody, proč jsou baterie lifePO4 nejen lepší než lithium-iontové, ale než ostatní typy obecně:
Chemicky stabilní a bezpečné
Bezpečnost lithiových baterií je důležitá. To dokázaly novinové zprávy o „výbušných“ lithium-iontových bateriích v noteboocích. Jednou z nejdůležitějších výhod, kterou má LiFePO4 nad ostatními typy baterií, je bezpečnost. LiFePO4 je nejbezpečnější typ lithiové baterie. Je to vlastně nejbezpečnější typ baterie vůbec.
Obecně platí, že LifePO4 má nejbezpečnější chemické složení lithia. Proč? Protože lithium železo fosfát má lepší tepelnou a strukturální stabilitu. To je něco, co olověné a většina dalších typů baterií nemají na podobné úrovni jako LiFePO4. LiFePO4 je nehořlavý. Může odolat vysokým teplotám bez rozkladu. Není náchylný k tepelnému úniku a zůstává chladný při pokojové teplotě.
Pokud vystavíte baterii LiFePO4 drsným teplotám nebo nebezpečným učdálostem (jako je zkratování nebo nehoda), nezačne hořet ani neexploduje. Pro ty, kteří každý den používají hluboké cyklické baterie LiFePO4 v obytném voze, rybářském člunu, skútru, vysokozdvižném vozíku či plošině, je tento fakt zajisté uklidňující.
Ekologická bezpečnost
Baterie LiFePO4 jsou již pro naši planetu přínosem už jen tím, že jsou dobíjecí. Ale jejich ekologičnost tím nekončí. Na rozdíl od olověných a nikl-oxid-lithiových baterií nejsou toxické a netečou. Můžete je také recyklovat. To však budete muset dělat jen zřídka, protože vydrží 2000 až 5000 cyklů. To znamená, že je můžete dobít až 5 000 krát. Na rozdíl od olověných baterií, které vydrží průměrně 300-400 cyklů.
Vynikající účinnost a výkon
Chcete bezpečnou a netoxickou baterii, ale chcete také baterii, která bude spolehlivě fungovat. Tyto fakta dokazují, že LiFePO4 nabízí to vše a ještě mnohem více:
· Účinnost nabíjení: baterie LiFePO4 se nabije do plné kapacity za méně než 2 hodiny.
· Samovybíjecí rychlost při nepoužívání: pouze 2% za měsíc. (Ve srovnání se 4-8% u olověných baterií).
· Doba provozu je delší než u olověných baterií/ostatních lithiových baterií.
· Konzistentní výkon: stejné množství ampér i při poklesu pod 50% kapacity baterie.
· Není potřeba údržba.
Malé a lehké
Mnoho vlastností přispívá k tomu, že baterie LiFePO4 jsou lepší. V porovnání s lithium mangan oxidovými bateriemi jsou téměř o 50% lehčí. A také váží až o 70% méně než olověné baterie.
Když používáte baterii LiFePO4 ve vozidle, znamená to nižší spotřebu paliva a jeho lepší ovladatelnost. Jsou také kompaktní, uvolňují místo na vašem skútru, lodi, obytném voze nebo průmyslovém zařízení.
Jak si baterie LiFePO4 stojí oproti ostatním dobíjecím bateriím na trhu?
1) Olověné baterie
Olověné baterie mohou být na první pohled výhodné, ale nakonec vás budou stát více. To proto, že potřebují stálou údržbu a musíte je často měnit. Baterie LiFePO4 vydrží 2-4x déle bez jakékoli péče.
2) Gelové baterie
Stejně jako baterie LiFePO4, gelové baterie nepotřebují časté dobíjení. Také neztrácí tolik energii při skladování. V čem se liší gel a LiFePO4? Zásadním faktorem je proces nabíjení. Gelové baterie se nabíjejí velmi pomalu. Navíc je lepší je odpojit, když jsou zcela nabité, abyste je postupně nezničili.
3) AGM baterie
AGM baterie vám způsobí velké ztráty v peněžence a hrozí vysoké riziko jejich poškození, pokud je vybíjíte pod 50% kapacity. Pokud se vyloženě nejedná o VRLA bezúdržbový typ, údržba může být také složitá. V případě, že je necháte delší dobu vybité, hrozí jejich zničení. LiFePO4 baterie mohou zůstat delší čas vybité úplně bez rizika poškození.
Baterie LiFePO4 se hodí pro každou aplikaci
Technologie LiFePO4 se již osvědčila pro širokou škálu aplikací. Zde je několik z nich:
- Rybářské lodě a kajaky: Méně času na nabíjení a delší doba provozu znamená více času na vodě. Menší hmotnost umožňuje snadné manévrování a zvýšení rychlosti během rybářské aktivity.
- Skútry a vozíky pro pohyb: Žádná zbytečná váha, která by vás zpomalovala. Nabijte na méně než plnou kapacitu pro neplánované výlety bez poškození baterie.
- Solární systémy: Převážejte lehké baterie LiFePO4, kamkoli vás život zavede (i když je to na horu a daleko od sítě) a využijte sílu slunce.
- Komerční použití: Tyto baterie jsou nejbezpečnější, nejodolnější typ lithiových baterií, které existují. Jsou tedy skvělé pro průmyslové aplikace jako čistící stroje, vysokozdvižné vozíky a plošiny a pro mnoho dalších zařízení.
- A mnoho dalšího: Kromě toho lithium železo fosfátové baterie napájejí mnoho dalších věcí. Například - svítilny, elektronické cigarety, radiostanice, nouzové osvětlení a mnoho dalšího.
Je v něčem u LifePo4 háček?
Dobrá, řeknete si „přeci není možné, aby neměli vůbec žádný nedostatek“. Proč tedy většina lidí stále kupuje olověné baterie?. Vždy má vše nějaké pulsy a mínusy, které je třeba brát v potaz. A ano, tato úvaha je správná, jelikož existují určitá specifika LifePO4, které zatím omezují variabilitu a rozsah jejich využití:
- Baterie LiFePO4 by se měly vyhnout nabíjení pod 0°C / 32°F jinak může dojít k jejich nevratnému poškození nebo snížení kapacity. Systém řízení baterie BMS by ideálně měl znemožnit jejich nabíjení, pokud není dosaženo minimální teploty pro bezpečné nabíjení. V tomto ohledu mají stále olověné baterie značnou výhodu.
- Kompatibilita v rámci možnosti výměny LifePO4 za olověné baterie neumožňuje jejich použití v řadě aplikací, u záložních či FV systémů, pokud nelze nastavit vhodné parametry pro jejich nabíjení tak, aby nedocházelo k jejich přebíjení či podbíjení. Například 12V LiFePO4 baterie se plně nabije při 14,6 V, zatímco 12V olověná baterie se plně nabije při 13,8 V. Další zásadním rozdílem v nabíjení u LifePO4 je, že nemají plovoucí fázi nabíjení, která je typická pro olověné baterie. Plovoucí fáze je proces, kdy se po dosažení maximálního napětí snižuje nabíjecí proud a udržuje se konstantní napětí. Tento proces pomáhá udržovat olověné baterie plně nabitými a zabránit sulfataci. LiFePO4 baterie nemají tento problém a mohou být odpojeny od nabíječky po dosažení maximálního napětí.
- Cena vs. životnost vs. způsob použití. Jak jste si jistě všimnuli, LifePO4 jsou přibližně 3x dražší oproti olověným bateriím. Jejich životnost je sice fantastická, přesto však existují aplikace, kde nedochází k častému cyklování baterie, proto ani nedává smysl platit více, pokud musíte. S přihlédnutím i k faktu, že existuje určitý odlišný pohled na „šetření“, který vychází z teorie odložení výdajů do budoucna, protože i vaše situace se v budoucnosti může změnit. Navíc je pravděpodobné, že technologie LifePO4 se stane postupem času cenově dostupnější vlivem masového používání. Jako to teď vidíme například u fotovoltaických panelů, které před 10lety stály dvojnásobně více a to nemluvím o inflaci a, že jste měli pravděpodobně jiný příjem oproti dnešku. Ve světle těchto faktů dává odložení určitých zbytečných nákladů do budoucna jistě smysl, navíc když ani netušíte, co vás může potkat za rok.
LifePO4 rychlé odpovědi na závěr:
1/ Je LiFePO4 totéž jako lithium-ion?
Vůbec ne! Baterie LiFePO4 má cyklickou životnost více než 4x vyšší než lithium-ion polymerové baterie.
2/ V čem jsou baterie LiFePO4 dobré?
Nuže, pro začátek, baterie LiFePO4 jsou neuvěřitelně účinné ve srovnání s tradičními (olověnými) bateriemi. Navíc jsou velmi lehké a můžete využít většinu kapacity baterie bez jakýchkoli problémů. (U olověných baterií můžete použít jen asi 50%. Potom se baterie může nevratně poškodit.)
3/ Mohou LiFePO4 vzplanout?
Baterie LiFePO4 jsou nejbezpečnější z lithiových baterií, protože nehoří a ani se nepřehřívají. Dokonce, i když propíchnete baterii, nevzplane. To je obrovská přednost oproti jiným lithiovým bateriím, které se mohou přehřívat a vzplanout.
4/ Je LiFePO4 lepší než lithium-ion?
Baterie LiFePO4 mají náskok před lithium-ionem, jak v oblasti cyklické životnosti (vydrží 4-5x déle), tak v oblasti bezpečnosti. To je klíčová výhoda, protože lithium-iontové baterie se mohou přehřívat a dokonce vzplanout, zatímco LiFePO4 ne.
5/ Proč je LiFePO4 tak drahé?
Baterie LiFePO4 jsou obvykle dražší na začátku jejich používání, ale dlouhodobě jsou výhodnější, protože mají bezkonkurenční životnost. Počáteční investice je větší, protože materiály použité k jejich výrobě jsou dražší. Ale lidé uvažující v delším horizontu, je stále častěji preferují před jinými typy baterií. Proč? Protože LiFePO4 má mnoho výhod oproti jiným bateriím. Například jsou mnohem lehčí než olověné a mnoho dalších typů baterií. Jsou také mnohem bezpečnější, vydrží déle a nevyžadují údržbu.
6/ Je LiFePO4 totéž co LiPO?
Ne. Lifepo4 má řadu výrazných výhod oproti LiPO, a i když oba typy patří do rodiny lithia, nejsou stejné.
7/ Kde mohu použít baterie LiFePO4?
Baterie LiFePO4 můžete použít pro stejný účel, pro který byste použili olověné, AGM nebo jiné tradiční baterie. Například je můžete použít k napájení rybářských lodí a dalších námořních hraček. Nebo obytných vozů. Nebo solárních systémů, různých manipulačních vozíků a mnoho dalšího.
8/ Je LiFePO4 nebezpečnější než AGM nebo olověná?
Ne. Je to ve skutečnosti spíš naopak. A to z několika důvodů, včetně toho, že z baterie LiFePO4 neunikají toxické výpary. Nehrozí u nich únik kyseliny sírové jako např. u olověných baterií. A jak jsme již zmínili dříve, nepřehřívají se a ani nevzplanou.
9/ Můžu nechat baterii LiFePO4 na nabíječce?
Pokud vaše baterie LiFePO4 mají integrovaný BMS - systém řízení baterie, pak BMS zabrání tomu, aby se baterie přebila.
10/ Jaká je životnost baterií LiFePO4?
Životnost je jednou z největších výhod, pokud ne úplně největší výhodou LiFePO4. Zpravidla se pohybují mezi 2000 až 5000 cykly podle výrobce. To je až 10 let nebo více (a často více), v závislosti na způsobu použití samozřejmě. A i po těchto až 5 000 cyklech mohou baterie LiFePO4 stále fungovat na 70% kapacity. A co je ještě lepší, můžete je vybít pod 80% bez jediného problému. (Olověné baterie se obvykle vybijí, když jsou vybité pod 50%.)
11/ Má LifePO4 nějaký nedostatek?
Za nedostatek lze zatím považovat omezenou kompatibilitu se zařízeními, které nejsou uzpůsobené pro nabíjení LifePO4, problematické dobíjení při teplotě pod 0°C a vyšší cenu, pokud nejste v situaci, kdy se návratnost projeví v kratším časovém horizontu než několik let.
12/ Můžu LifePO4 baterii během používání nějak poškodit?
Ano, pokud ji budete chtít dobíjet při teplotě pod 0°C. Případně nabíječkou, která není určená pro dobíjení LifePO4 baterií. Baterie LiFePO4 vyžaduje vyšší napětí, konstantní proud, žádné plovoucí nebo vyrovnávací nabíjení a ochranu proti přebití nebo podbití. Nabíječka pro olověné baterie nemusí splňovat tyto požadavky a může způsobit snížení kapacity, poškození článků nebo dokonce zkratování baterie LiFePO4.