Bateria LiFePO4

Os relatórios do terceiro trimestre de 2021 da Tesla anunciaram a transição para baterias LiFePO4 como o novo padrão em seus veículos. Mas o que são exatamente as baterias LiFePO4?

NOVA IORQUE, NOVA IORQUE, EUA, 26 de maio de 2022 /EINPresswire.com/ — Elas são uma alternativa melhor às baterias de íon-lítio? O que diferencia essas baterias das demais?

Introdução às baterias LiFePO4

Uma bateria de fosfato de ferro-lítio (LFP) é uma bateria de íon-lítio com taxas de carga e descarga mais rápidas. É uma bateria recarregável com LiFePO4 como cátodo e um eletrodo de carbono grafítico com suporte metálico como ânodo.

As baterias LiFePO4 têm uma densidade de energia inferior às baterias de íon-lítio e tensões de operação mais baixas. Apresentam uma taxa de descarga baixa com curvas horizontais e são mais seguras do que as de íon-lítio. Essas baterias também são conhecidas como baterias de ferrofosfato de lítio.

A invenção das baterias LiFePO4

As baterias LiFePO4 foram inventadas por John B. Goodenough e Arumugam Manthiram. Eles estiveram entre os primeiros a determinar os materiais usados ​​em baterias de íon-lítio. Os materiais do ânodo não são ideais para baterias de íon-lítio devido à sua tendência a curto-circuito imediato.

Cientistas descobriram que os materiais catódicos são superiores aos cátodos das baterias de íon-lítio. Isso é especialmente notável nas variantes de bateria LiFePO4. Eles aprimoram a estabilidade e a condutividade, além de melhorarem diversos outros aspectos.

Atualmente, as baterias LiFePO4 são encontradas em todos os lugares e têm diversas aplicações, incluindo uso em barcos, sistemas solares e veículos. As baterias LiFePO4 não contêm cobalto e são menos caras do que a maioria das alternativas. Elas não são tóxicas e têm uma vida útil mais longa.

Especificações da bateria LFP -

A função dos sistemas de gerenciamento de baterias em baterias LFP

As baterias LFP são compostas por mais do que apenas células conectadas; elas possuem um sistema que garante que a bateria permaneça dentro de limites seguros. Um sistema de gerenciamento de bateria (BMS) protege, controla e monitora a bateria em condições de operação para garantir a segurança e prolongar sua vida útil.

A função dos sistemas de gerenciamento de baterias em baterias LFP -

Apesar de as células de fosfato de ferro-lítio serem mais tolerantes, elas ainda são propensas a sobretensões durante o carregamento, o que reduz o desempenho. O material empregado no cátodo pode se deteriorar e perder sua estabilidade. O BMS regula a saída de cada célula e garante que a tensão máxima da bateria seja mantida.

À medida que os materiais dos eletrodos se degradam, a subtensão torna-se uma preocupação grave. Se a tensão de alguma célula cair abaixo de um limite especificado, o BMS desconecta a bateria do circuito. Ele também serve como proteção contra sobrecorrente e desliga o sistema em caso de curto-circuito.

Baterias LiFePO4 vs. Baterias de íon-lítio

As baterias LiFePO4 não são adequadas para dispositivos vestíveis, como relógios. Elas possuem uma densidade de energia inferior à de outras baterias de lítio. No entanto, são ideais para sistemas de energia solar, veículos recreativos, carrinhos de golfe, barcos de pesca e motocicletas elétricas.

★Uma das principais vantagens dessas baterias é seu ciclo de vida.

Essas baterias podem durar mais de 4 vezes o tempo de uso em comparação com outras. Elas são mais seguras e podem atingir até 100% de profundidade de descarga, o que significa que podem ser utilizadas por um período mais prolongado.

Abaixo estão outros motivos pelos quais essas baterias são uma alternativa melhor às baterias de íon-lítio.

★Baixo custo

As baterias LFP são compostas de ferro e fósforo, extraídos em escala gigantesca, e são de baixo custo. Estima-se que o custo das baterias LFP seja até 70% menor por kg do que o das baterias NMC ricas em níquel. Sua composição química proporciona uma vantagem em termos de custo. Os preços mais baixos registrados para células de baterias LFP caíram abaixo de US$ 100/kWh pela primeira vez em 2020.

★Pequeno impacto ambiental
As baterias LFP não contêm níquel nem cobalto, que são caros e têm um grande impacto ambiental. Essas baterias são recarregáveis, o que demonstra seu caráter ecológico.

★Eficiência e desempenho aprimorados
As baterias LFP são conhecidas por seu longo ciclo de vida, o que as torna uma escolha popular para aplicações que exigem fornecimento de energia confiável e consistente ao longo do tempo. Essas baterias apresentam taxas de perda de capacidade mais lentas do que outras baterias de íon-lítio, o que ajuda a preservar seu desempenho a longo prazo. Além disso, elas possuem uma tensão de operação mais baixa, resultando em menor resistência interna e velocidades de carga/descarga mais rápidas.

★Segurança e estabilidade aprimoradas
As baterias LFP são termicamente e quimicamente estáveis, sendo, portanto, menos propensas a explosões ou incêndios. O LFP produz um sexto do calor gerado pelas baterias NMC ricas em níquel. Como a ligação Co-O é mais forte nas baterias LFP, os átomos de oxigênio são liberados mais lentamente em caso de curto-circuito ou superaquecimento. Além disso, não há resíduos de lítio em células totalmente carregadas, o que as torna altamente resistentes à perda de oxigênio em comparação com as reações exotérmicas observadas em outras baterias de lítio.

★Pequeno e leve
As baterias LFP são quase 50% mais leves que as baterias de óxido de lítio-manganês. Elas são até 70% mais leves que as baterias de chumbo-ácido. Ao usar uma bateria LiFePO4 em um veículo, você consome menos combustível e tem mais manobrabilidade. Elas também são pequenas e compactas, permitindo economizar espaço em sua scooter, barco, trailer ou aplicação industrial.

Baterias LiFePO4 vs. Baterias sem lítio
As baterias que não utilizam lítio apresentam diversas vantagens, mas provavelmente serão substituídas a médio prazo, dado o potencial das novas baterias LiFePO4, visto que a tecnologia mais antiga é cara e menos eficiente.

☆Baterias de chumbo-ácido
As baterias de chumbo-ácido podem parecer econômicas à primeira vista, mas acabam sendo mais caras a longo prazo. Isso se deve ao fato de exigirem manutenção e substituição mais frequentes. Uma bateria LiFePO4 dura de 2 a 4 vezes mais, sem necessidade de manutenção.

☆Baterias de gel
As baterias de gel, como as baterias LiFePO4, não precisam ser recarregadas com frequência e não perdem carga enquanto armazenadas. No entanto, elas carregam mais lentamente. É necessário desconectá-las assim que estiverem totalmente carregadas para evitar danos.

☆Baterias AGM
Embora as baterias AGM apresentem alto risco de danos quando sua capacidade cai abaixo de 50%, as baterias LiFePO4 podem ser descarregadas completamente sem qualquer risco de danos. Além disso, é difícil mantê-las carregadas por mais tempo.

Aplicações das baterias LiFePO4
As baterias LiFePO4 têm muitas aplicações valiosas, incluindo

●Barcos e caiaques de pesca: Você pode passar mais tempo na água com menos tempo de carregamento e maior autonomia. Menos peso proporciona manuseio mais fácil e uma vantagem em competições de pesca de alto nível.

● Scooters e ciclomotores de mobilidade: Não há peso morto para te atrasar. Carregue a bateria até uma carga inferior à total para viagens espontâneas sem danificá-la.

● Configurações solares: Leve baterias LiFePO4 leves para onde quer que a vida o leve (mesmo no alto de uma montanha ou em locais sem acesso à rede elétrica) para aproveitar a energia do sol.

● Uso comercial: Estas são as baterias de lítio mais seguras e resistentes, o que as torna ideais para aplicações industriais, como máquinas de limpeza de pisos, plataformas elevatórias e muito mais.

Além disso, as baterias de fosfato de ferro-lítio alimentam muitos outros dispositivos, como lanternas, cigarros eletrônicos, equipamentos de rádio, iluminação de emergência e outros itens.

Possibilidades para a implementação em larga escala do LFP
Embora as baterias LFP sejam mais baratas e mais estáveis ​​do que as alternativas, a densidade de energia tem sido uma barreira significativa para a sua adoção em larga escala. As baterias LFP têm uma densidade de energia muito menor, variando entre 15 e 25%. No entanto, isso está mudando com o uso de eletrodos mais espessos, como os utilizados no Model 3 fabricado em Xangai, que possui uma densidade de energia de 359 Wh/litro.

Devido ao longo ciclo de vida das baterias LFP, elas possuem maior capacidade do que as baterias de íon-lítio de peso comparável. Isso significa que a densidade de energia dessas baterias se tornará mais semelhante ao longo do tempo.

Outra barreira à adoção em massa é que a China domina o mercado devido à grande quantidade de patentes de LFP (Low-Flat Fuel Technology). Com a expiração dessas patentes, especula-se que a produção de LFP, assim como a fabricação de veículos, será localizada.

Grandes montadoras como Ford, Volkswagen e Tesla estão utilizando cada vez mais essa tecnologia, substituindo as formulações de níquel ou cobalto. O recente anúncio da Tesla em seu relatório trimestral é apenas o começo. A Tesla também forneceu uma breve atualização sobre seu pacote de baterias 4680, que terá maior densidade de energia e autonomia. É possível ainda que a Tesla utilize a construção "cell-to-pack" para condensar mais células e acomodar uma densidade de energia menor.

Apesar de sua idade,LFPA redução nos custos das baterias pode ser crucial para acelerar a adoção em massa de veículos elétricos. Até 2023, espera-se que os preços das baterias de íon-lítio se aproximem de US$ 100/kWh. As baterias de íon-lítio de fase rápida (LFP) podem permitir que as montadoras priorizem fatores como conveniência ou tempo de recarga, em vez de apenas o preço.