Baterie litowo-żelazowo-fosforanowe zyskują na popularności na rynku pojazdów elektrycznych

Technologia akumulatorów do pojazdów elektrycznych wciąż szybko się rozwija, pojawiają się różne rodzaje chemii litowo-jonowej – od tlenku litu i kobaltu (LCO) i tlenku litu i manganu (LMO) po tlenek litu, niklu, kobaltu i glinu (NCA). Akumulatory te są zwykle nazywane na podstawie materiałów katodowych, przez które przepływają jony litu podczas rozładowywania. Ale dlaczego pojazdy elektryczne potrzebują tak wielu typów akumulatorów?

Różne rodzaje akumulatorów są optymalizowane pod kątem określonych wskaźników wydajności – czy to żywotności akumulatora, maksymalnej prędkości ładowania, czy gęstości energii. Wybór zależy w dużej mierze od wymagań aplikacji. Na przykład akumulatory LMO charakteryzują się niezwykle niską rezystancją wewnętrzną, co zapewnia szybkie ładowanie, ale krótszą żywotność. Obecnie akumulatory niklowo-manganowo-kobaltowe (NMC) i NCA dominują w sektorze pojazdów elektrycznych, równoważąc nikiel i kobalt w celu zwiększenia trwałości i gęstości energii. Jednak akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (LFP) pojawiają się jako potężna alternatywa.

Ze wzorem chemicznym LiFePO₄ (lit, żelazo, fosforan), akumulatory LFP oferują wyraźne korzyści w porównaniu z odpowiednikami NMC i NCA:

• Efektywność kosztowa: Koszty produkcji LFP są znacznie niższe (~98,50 USD/kWh w porównaniu do 120,30 USD dla NCA), co potencjalnie sprawia, że pojazdy elektryczne są bardziej przystępne cenowo.
• Wydłużona żywotność: Akumulatory LFP wytrzymują więcej cykli ładowania, co skłoniło Teslę do zalecenia ładowania do 100% (w porównaniu do 80% dla akumulatorów na bazie niklu).
• Odporność na szybkie ładowanie: Ich trójwymiarowa struktura krystaliczna lepiej wytrzymuje ładowanie wysokim napięciem/ciepłem niż akumulatory NMC/NCA.
• Bezpieczeństwo: Próg ucieczki termicznej LFP (270°C) znacznie przekracza próg NMC (210°C) i NCA (150°C), zmniejszając ryzyko pożaru.
• Zrównoważony rozwój: Skład bez kobaltu/niklu obniża emisję dwutlenku węgla o 15-25% i pozwala uniknąć spornych praktyk wydobywczych.

Wytrzymałe wiązania Fe-PO w LFP zapobiegają uwalnianiu tlenu pod wpływem naprężeń (zwarcie, przegrzanie), zapobiegając ucieczce termicznej skuteczniej niż akumulatory na bazie kobaltu.

Mimo zalet, akumulatory LFP wiążą się z kompromisami:

• Niższa gęstość energii: Pakiety LFP magazynują o ~30% mniej energii niż odpowiedniki NCA, wymagając większych/cięższych akumulatorów dla uzyskania równoważnego zasięgu.
• Ograniczenia w niskich temperaturach: Poniżej -20°C (-4°F) akumulatory LFP wykazują wolniejsze ładowanie ze względu na zmniejszoną przewodność i dyfuzję jonów litu.

Tesla przeszła na LFP w modelach Standard Range w 2021 r. (Chiny) i 2022 r. (USA). Ford planuje wdrożenie LFP dla europejskich modeli Mustang Mach-E i wybranych modeli F-150 do 2024 r. Rivian wdroży LFP najpierw w furgonetkach dostawczych Amazon, a następnie w standardowych ciężarówkach. Z technologii LFP skorzystają również odnowione modele Chevy Bolt EV firmy General Motors i modele BMW z 2025 r.

Obserwacje z modeli Tesli ujawniają:

• Akumulatory LFP osiągają szczyt w wyższych temperaturach (~70°F w porównaniu do ~60°F dla NCA), co zapewnia optymalny zasięg.
• Modele 3 Standard Range (LFP) osiągają zasięgi oceniane przez EPA bardziej konsekwentnie niż warianty Long Range/Performance.

Badania pokazują, że cykle LFP trwają 2-4 razy dłużej niż akumulatory NMC, przy minimalnej degradacji podczas pełnego ładowania.

Tak – ich wyższy próg ucieczki termicznej (270°C w porównaniu do 150°C dla NCA) znacznie zmniejsza ryzyko pożaru, chociaż pożary akumulatorów litowych pozostają niezwykle rzadkie.

Mimo że Tesla zaleca pełne ładowanie LFP ze względu na jego odporność, utrzymywanie naładowania na poziomie 80-85% nadal optymalizuje żywotność wszystkich akumulatorów litowo-jonowych.

Prędkość ładowania spada w temperaturach poniżej zera bez wstępnego kondycjonowania, chociaż aktualizacje zarządzania termicznego mogą to złagodzić.

Tak – eliminacja kobaltu/niklu zmniejsza zależność od operacji wydobywczych z obawami humanitarnymi i wspiera krajowe łańcuchy dostaw.