بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم تكتسب قوة جذب في سوق السيارات الكهربائية

تستمر تقنية بطاريات السيارات الكهربائية في التقدم السريع، مع ظهور العديد من كيمياءات أيونات الليثيوم - من أكسيد الكوبالت الليثيوم (LCO) وأكسيد المنغنيز الليثيوم (LMO) إلى أكسيد الألومنيوم والنيكل والكوبالت الليثيوم (NCA). عادة ما تسمى هذه البطاريات بأسماء مواد الكاثود الخاصة بها، حيث تتدفق أيونات الليثيوم أثناء التفريغ. ولكن لماذا تحتاج السيارات الكهربائية إلى العديد من أنواع البطاريات؟

تعمل تركيبات البطاريات المختلفة على التحسين لتحقيق مقاييس أداء محددة - سواء كان ذلك عمر البطارية أو أقصى سرعة شحن أو كثافة الطاقة. يعتمد الاختيار إلى حد كبير على متطلبات التطبيق. على سبيل المثال، تتميز بطاريات LMO بمقاومة داخلية منخفضة للغاية للشحن السريع ولكن عمرها أقصر. حاليًا، تهيمن بطاريات نيكل منغنيز الكوبالت (NMC) و NCA على قطاع السيارات الكهربائية من خلال الموازنة بين النيكل والكوبالت لتعزيز طول العمر وكثافة الطاقة. ومع ذلك، تظهر بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) كبديل هائل.

بصيغة كيميائية LiFePO₄ (الليثيوم والحديد والفوسفات)، تقدم بطاريات LFP فوائد مميزة مقارنة بنظيراتها NMC و NCA:

• كفاءة التكلفة: تكاليف إنتاج LFP أقل بكثير (~98.50 دولارًا أمريكيًا/كيلو واط في الساعة مقابل 120.30 دولارًا أمريكيًا لـ NCA)، مما قد يجعل السيارات الكهربائية ميسورة التكلفة.
• عمر أطول: تتحمل بطاريات LFP المزيد من دورات الشحن، مما يدفع Tesla إلى التوصية بشحن 100% (مقابل 80% للبطاريات القائمة على النيكل).
• مرونة الشحن السريع: تتحمل بنيتها البلورية ثلاثية الأبعاد الشحن عالي الجهد/الحرارة بشكل أفضل من بطاريات NMC/NCA.
• السلامة: تتجاوز عتبة الهروب الحراري لـ LFP (270 درجة مئوية) عتبة NMC (210 درجة مئوية) و NCA (150 درجة مئوية)، مما يقلل من مخاطر الحرائق.
• الاستدامة: يقلل التركيب الخالي من الكوبالت/النيكل من انبعاثات الكربون بنسبة 15-25% ويتجنب ممارسات التعدين المثيرة للجدل.

تقاوم روابط Fe-PO القوية لـ LFP إطلاق الأكسجين تحت الضغط (دوائر قصيرة، ارتفاع درجة الحرارة)، مما يمنع الهروب الحراري بشكل أكثر فعالية من البطاريات القائمة على الكوبالت.

على الرغم من المزايا، تقدم بطاريات LFP حلولاً وسط:

• كثافة طاقة أقل: تخزن حزم LFP طاقة أقل بنسبة ~30% من نظيراتها NCA، مما يتطلب بطاريات أكبر/أثقل لنفس النطاق.
• قيود الطقس البارد: أقل من -20 درجة مئوية (-4 درجة فهرنهايت)، تُظهر بطاريات LFP شحنًا أبطأ بسبب انخفاض الموصلية وانتشار أيونات الليثيوم.

انتقلت Tesla إلى طرازات Standard Range إلى LFP في عام 2021 (الصين) و 2022 (الولايات المتحدة). تخطط Ford لاعتماد LFP لطرازات Mustang Mach-E الأوروبية ونماذج F-150 المحددة بحلول عام 2024. ستنفذ Rivian LFP أولاً في شاحنات التوصيل التابعة لشركة Amazon، تليها شاحنات النطاق القياسي. ستستخدم سيارة Chevy Bolt EV المعاد تصميمها من General Motors وطرازات BMW لعام 2025 أيضًا تقنية LFP.

تكشف الملاحظات من طرازات Tesla ما يلي:

• تبلغ بطاريات LFP ذروتها عند درجات حرارة أعلى (~70 درجة فهرنهايت مقابل ~60 درجة فهرنهايت لـ NCA) للحصول على النطاق الأمثل.
• تحقق طرازات Model 3 ذات النطاق القياسي (LFP) نطاقات مصنفة من وكالة حماية البيئة (EPA) بشكل أكثر اتساقًا من متغيرات Long Range/Performance.

تظهر الدراسات أن دورات LFP تدوم 2-4 مرات أطول من بطاريات NMC، مع الحد الأدنى من التدهور من الشحن الكامل.

نعم - تقلل عتبة الهروب الحراري الأعلى (270 درجة مئوية مقابل 150 درجة مئوية لـ NCA) من مخاطر الحرائق بشكل كبير، على الرغم من أن حرائق بطاريات الليثيوم لا تزال نادرة للغاية.

بينما توصي Tesla بالشحن الكامل لـ LFP نظرًا لمرونته، فإن الحفاظ على شحن بنسبة 80-85% لا يزال يحسن طول العمر لجميع بطاريات أيونات الليثيوم.

تنخفض سرعات الشحن في درجات الحرارة المتجمدة دون التكييف المسبق، على الرغم من أن تحديثات الإدارة الحرارية قد تخفف من ذلك.

نعم - يؤدي التخلص من الكوبالت/النيكل إلى تقليل الاعتماد على عمليات التعدين التي تثير مخاوف إنسانية وتدعم سلاسل التوريد المحلية.