در این مقاله چیستی باتری لیتیوم آهن فسفات یا LFP بررسی شده و ضمن ذکر مزایای آن به مقایسه باتری مزبور با سایر نمونه‌ها می‌پردازیم.

به گزارش خودروم، راه حل‌های زیادی برای ذخیره انرژی برق وجود دارد. اما در حال حاضر تمام خودروها، موتورخانه‌ها، سیستم‌های برقی خورشیدی خانگی، قایق و… به باتری مجهز هستند. در واقع این قطعه به عنوان محلی برای ذخیره انرژی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. حالا هم با کوچ خودروسازان بزرگ جهان به سمت برقی‌سازی محصولات، اهمیت باتری‌ها از گذشته بیشتر بوده و نمی‌توان آنها را نادیده گرفت. یکی از انواع آنها نیز باتری لیتیوم آهن فسفات (LFP) خودرو است و برندی همچون تسلا به شدت به این نوع از باتری‌ها متکی است. در این مقاله فناوری باتری لیتیوم آهن فسفات و آخرین پیشرفت‌های آن را بررسی نموده و شما را بیشتر با باتری LFP آشنا خواهیم کرد.

باتری لیتیوم آهن فسفات چیست؟

باتری لیتیوم آهن فسفات یا LFP نوعی باتری لیتیوم یونی قابل شارژ بوده که از فسفات آهن به عنوان ماده کاتد استفاده می‌کند. حرف LFP نیز مخفف نام اصلی این نوع از باتری‌ها یعنی LiFePO۴ است. شاید این باتری را با سایر انواع باتری‌های موجود یکسان بدانید. اما این برداشتی کاملاً اشتباه است. لیتیوم آهن فسفات نسبت به سایر باتری‌های لیتیومی و اسید سرب طول عمر و ایمنی بیشتر دارد. همچنین راندمان شارژ و دشارژ آن بسیار بهتر است. البته شاید ارزان‌ترین باتری‌های موجود نباشند؛ اما سرمایه‌گذاری بر روی آنها عملی هوشمندانه خواهد بود.

سایر انواع باتری‌های لیتیومی نیز شامل اکسید لیتیوم کبالت، اکسید آلومینیوم لتیوم نیکل کبالت، لیتیوم اکسید منگنز و اکسید کبالت لتیوم نیکل مکنگنز هستند. در ادامه تفاوت موارد مزبور با باتری LFP را بررسی می‌کنیم. همچنین نگاهی به تاریخچه باتری لیتیوم آهن فسفات انداخته و مزایای آن را از نظر فنی مورد بررسی قرار خواهیم داد.

تفاوت باتری لیتیوم آهن فسفات با سایر باتری‌ها

باتری‌های لیتیومی کاربردهای فراوانی دارند. از این باتری‌ها در ساعت‌های مچی، ابزارهای الکتریکی، تجهیزات پزشکی و وسایل نقلیه استفاده می‌شود. اما باتری LFP یا آهن فسفات در مقایسه با سایر انواع باتری‌های مشابه از چگالی انرژی کمتری برخوردار است. این ویژگی باعث می‌شود که بکارگیری ان در دستگاه‌های کوچک الکتریکی مناسب نباشد. اما استفاده از LFP برای قایق‌ها، موتورسیکلت‌های برقی، سیستم‌های انرژی خورشیدی و… بسیار مناسب است.

قبل از بیان سایر تفاوت‌ها باید تشابه باتری‌های مزبور را درک نمود. هر دو نوع باتری‌ها اصلی یکسان دارند. یعنی لیتیوم یون موجود در باتری‌ها بین الکترود مثبت و مفنی برای تخلیه و شارژ حرکت می‌کند. شباهت دیگر را نیز می‌توان قابلیت شارژ هر دو باتری دانست. در نهایت باید به استفاده از الکترودهای کربن گرافیت با پشتی فلزی به عنوان آند در هر دو باتری لیتیوم یون و لیتیوم آهن فسفات اشاره کرد.

ساختار شیمیایی

حالا نوبت به ذکر تفاوت‌ها می‌رسد. یک باتری لیتیوم یونی معمولاً دارای اکسید لیتیوم منگنز یا کاتد لیتیوم دی اکسید کبالت است. اما باتری لیتیوم آهن فسفات از فسفات آهن لیتیوم به عنوان کاتد استفاده می‌کند. فسفات آهن لیتیوم ماده‌ای غیر سمی است. اما لیتیوم دی اکسید کلبات برای طبیعت خطرناک خواهد بود. این عامل باعث ایجاد نگرانی‌های بزرگی نسبت به کاربرد و تولید باتری مزبور می‌شود.

فناوری جدیدتر

فناوری ساخت باتری لیتیوم فسفات آهن نسبت به سایر باتری‌های لیتیوم یونی جدیدتر است. این باتری‌ها پایداری شیمیایی و حرارتی بسیار بهتری دارند. احتمال احتراق باتری LFP حتی در صورت مدیریت غلط نیز از نوع لیتیوم یونی کمتر است.

طول عمر

باتری‌های متکی به فسفات طول عمر بسیار بالایی دارند. هر دو باتری نیز از این ویژگی بهره می‌برند. اما باتری‌های لیتیوم آهنی در صورت شارژ بیش از حد یا اتصال کوتاه، پایداری بیشتر داشته و از طول عمر بالایی برخوردار خواهند بود.

تاریچه باتری لیتیوم آهن فسفات

باتری‌های لیتیومی در مجموع حدود ۲۵ سال پیش به وجود امدند. فناوری لتیوم از محبوبیت بالایی برخوردار بوده و دلیل آن را باید بکارگیری لیتیوم به عنوان تأمین کننده انرژی دستگاه‌های الکتریکی کوچک مانند تلفن همراه، لپ‌تاپ و… دانست. با این حال عدم توان رقابت با باتری‌های بزرگتر و کاربری‌های گوناگون مانع پیشرفت این باتری‌ها بودند. تا اینکه مسئله رسانایی الکتریکی پایین آنها با کاهش اندازه ذرات یا پوشاندن آنها با ماده‌ای رسانا حل شد. در واقع نانو لوله‌های کربنی ایده‌ای نجات بخش بودند.

اما بکارگیری لتیوم آهن فسفات با کاتیون‌های آلومینیوم، زیرکونیوم و نیوبیم همه چیز را تغییر داد. پس از دفع خطر رسانایی کم، اکنون باتری‌های فسفات آهن لیتیوم نیاز بسیاری از مردم جهان را برطرف کردند. درواقع باتری LFP به دلایل زیادی مانند غیر قابل احتراق بودن، ایمنی بیشتر، چگالی انرژی کمتر و قدرت بالا بسیار محبوب شد و گوی سبق را از سایر رقبای خود ربود.

باتری LFP چرخه عمیق دارد؟

چرخه عمیق یا Deep Cycle به انتقال مقدار ثابتی از جریان الکتریکی را برای مدت زمان طولانی توسط باتری می‌گویند. باتری لیتیوم فسفات آهن نیز دارای این ویژگی است. اما در عین حال پایداری بیشتری دارد. به مرور زمان از میزان قبات جریان الکتریکی کم می‌شود و در این نقطه باتری به میزان قابل توجهی تخلیه خواهد شد. بنابراین برای بازیابی مجدد چرخه مزبور باید باتری را دوباره شارژ نمود.

مزایای باتری لیتیوم آهن فسفات چیست؟

باتری‌های LFP دارای نوع جدیدی از فناوری‌های مرتبط به باتری‌های لیتیوم یون بوده و از فسفات آهن به عنوان ماده الکترود مثبت استفاده می‌کنند. راندمان شارژ این نوع از باتری‌ها تا ۹۰ درصد هم می‌رسد. در حالی که این رقم در باتری‌های سربی تنها ۸۰ درصد است. باتری LFP تجزیه و گرم نمی‌شود. چرخه عمر آن بیش از ۲ هزار برابر بیشتر از باتری‌های سربی است. از نظر تئوری این باتری‌ها بین ۷ تا ۸ سال طول عمر دارند.

باتری لیتیوم فسفات آهن در دمای منفی ۲۰ درجه تا مثبت ۷۵ درجه سانتی‌گراد به خوبی عمل میکند. ظرفیت باتری لیتیوم یونی و اسید سرب نسبت به باتری LFP بسیار کمتر است. برخلاف سایر باتری‌ها، شارژ نمودن باتری لیتیوم فسفات آهن، هیچ اثر مخربی بر روی عملکرد آن ندارد. این باتری‌ها سبک بوده و میزان وزن آنها یک سوم باتری‌های سرب اسیدی است. باتری مزبور عاری از فلزات کمیاب و سنگین بوده و به طور کلی مطابق با الزامات زیست محیطی اروپا ساخته می‌شود.

آیا باتری LFP بهتر از باتری لیتیوم یونی است؟

در ابتدا باید گفت که طول عمر باتری LFP یا لیتیوم آهن فسفات چهار برابر بیشتر از باتری لیتیوم یون معمولی است. ضمن اینکه باتری LFP در حال حاضر ایمن‌ترین باتری جهان است. باتری LFP تا ۱۰۰ درصد و کاملاض تخلیه خواهد شد. کیفیت باتری لیتیوم آهن فسفات نیز بیشتر بوده و تقریباً ۵ هزار بار شارژ یا تا ۱۰ سال قابل استفاده است. هزینه تهیه این نوع از باتری‌ها نیز مقرون به صرفه‌تر خواهد بود.

ایمنی باتری LFP تا چه حد بالا است؟

این باتری‌ها به دلیل برخورداری از مواد شیمیایی بی خطر دارای ایمنی بالایی هستند. در عین حال از نظر پایداری ساختاری و حرارتی  مشابه با باتری‌های اسید سربی هستند. بدون هیچ استرسی می‌توان این باتری‌ها را در دمای بالا مورد استفاده قرار داد. همچنین لیتیوم فسفات آهن غیر قابل احتراق بوده و در دمای معمولی شاهد فرار حرارتی نخواهیم بود. ضمن اینکه قرارگیری این باتری در معرض دمای شدید و.. باعث انفجار یا آتش‌سوزی نخواهد شد.

محیط زیست و باتری لیتیوم آهن فسفات

این باتری‌ها در حال حاضر کم زیادی به محیط زیست ما می‌کنند. زیرا قابل شارژ بوده و علاوه بر این غیر سمی و قابل بازیافت هستند. این باتری‌ها را می‌توان در عرض دو ساعت و حتی کمتر کاملاً شارژ نمود. نرخ تخلیه ذاتی آنها در طول یک ماه تنها ۲ درصد بوده و این در باتری‌های سربی معادل ۳۰ درصد است. ضمن اینکه شارژ باتری‌های لیتیوم یونی و سرب اسیدی زمان زیادی احتیاج دارد. حتی زمانی که میزان شارژ موجود حدود ۵۰ درصد بوده و قدرت ولتاژ ثابت باشد.

مقایسه باتری LFP با سایر باتری‌ها

هزینه تهیه باتری سرب اسیدی بسیار ارزان‌تر است. اما کیفیت را طول عمر مشخص خواهد کرد. بنابراین باید هزینه تعمیر، نگهداری و تعویض‌های مکرر باتری سرب اسیدی را در نظر گرفت. باتری‌های ژل نیز مانند LFP در صورت عدم استفاده شارژ را از دست نمی‌دهند. اما مدت زمان شارژ شدن آنها بسیار کند بوده و باید به محض تکمیل فرایند شارژ آنها را از شارژر جدا نمود.

باتری AGM بسیار گران بوده و احتمال خالی شدن ۵۰ درصدی ظرفیت آنها وجود دارد. تعمیر و نگهداری این نوع از باتری‌ها چالشی جدی است. باتری LFP با در نظر گرفتن هزینه در هر کیووات ساعت، عمر و دشارژ مجدد نسبت به باتری NMC جایگاه بهتری دارد.

نتیجه‌گیری

باتری‌ها و انرژی دورن آناه نقش مهمی در زندگی روزمره انسان‌ها بازی می‌کنند. به طور کلی امروزه شاهد بکارگیری انواع باتری در تلفن‌های هوشمند، لپتاپ و… هستیم. ضمن اینکه وجود باتری با توجه به نیاز انسان به منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشید و باد بسیار ضروری است. بنابراین خودروسازانی مانند بی وای دی و تسلا به شکل جدی از باتری به ویزه نوع لیتیوم آهن فسفات در خودروها استفاده می‌کنند. در این میان شرکت‌های بزرگی مانند CATL نیز با درک واقعیت‌های موجود به تولید باتری‌ برای خودروها می‌پردازد.