แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) หรือที่เรียกว่าแบตเตอรี่ LFP (ที่มี "LFP" หมายถึง "ลิเธียมเฟอร์โรฟอสเฟต") เป็นแบตเตอรี่ชนิดชาร์จใหม่ได้โดยเฉพาะแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโดยใช้ LiFePO4 เป็นวัสดุแคโทดและกราฟคาร์บอน(Graphic carbon) อิเล็กโทรดที่มีตัวรองรับโลหะเป็นขั้วบวก
ปริมาณความจุต่อหน่วยของ LiFePO4 นั้นสูงกว่าของลิเทียมโคบอลต์ออกไซด์ (LiCoO2) แต่ความหนาแน่นของพลังงานนั้นน้อยลงเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า ข้อเสียเปรียบหลักของ LiFePO4 คือค่าการนำไฟฟ้าต่ำ
ดังนั้นถ้าพิจารณาแคโทดชนิดที่เป็น LiFePO4/C จริงๆ จะมีต้นทุนต่ำ มีความเป็นพิษต่ำ มีประสิทธิภาพดี มีอายุการใช้งานนาน ฯลฯ ด้วยเหตูนี้ แบตเตอรี่ชนิด LiFePO4 จึงมีการใช้แพร่หลายจำนวนมากในการใช้ยานพาหนะเช่นรถไฟฟ้า แบตเตอรี่สำรองสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าทั่วไปและระบบแบตเตอรี่สำหรับสถานีไฟฟ้าขนาดใหญ่
ข้อได้เปรียบที่สำคัญอย่างหนึ่งของ เคมีลิเธียมไอออนคือความร้อนและเสถียรภาพทางเคมีซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยของแบตเตอรี่ LiFePO4 เป็นวัสดุแคโทดที่ปลอดภัยยิ่งกว่า LiCoO2 และแมงกานีส Spinel ผ่านการละเว้นโคบอลต์โดยมีความต้านทานเชิงลบเมื่อเทียบกับคุณสมบัติความร้อนที่เพิ่มขึ้นซึ่งอาจกระตุ้นให้เกิดความร้อนต่อเนื่อง Thermal runaway พันธะ Fe – P – O นั้นแข็งแกร่งกว่าพันธะ Co – O ดังนั้นเมื่อเ้กิดการลัดวงจร เกิดความร้อนสูงเกินไป ฯลฯ อะตอมออกซิเจนนั้นจะเอาออกได้ยากกว่ามาก ความเสถียรของพลังงานรีดอกซ์นี้ยังช่วยให้การย้ายไอออนอย่างรวดเร็ว
เมื่อลิเธียมย้ายออกจากแคโทดในเซลล์ LiCoO2 ธาตุ CoO2 จะผ่านการขยายตัวแบบไม่เป็นเชิงเส้นซึ่งมีผลต่อความสมบูรณ์ของโครงสร้างของเซลล์
เมื่อลิเธียมย้ายออกจากแคโทดในเซลล์ของ LiFePO4 สถานะ lithiated และ unlithiated จะมีโครงสร้างคล้ายกันซึ่งหมายความว่าเซลล์ LiFePO4 นั้นมีโครงสร้างที่มั่นคงกว่าเซลล์ LiCoO2
ไม่มีลิเธียมเหลือ
อยู่ในแคโทดของเซลล์ LiFePO4 ที่มีประจุเต็ม - ใน LiCoO2 เซลล์ประมาณ 50% ยังคงอยู่ในโครงสร้าง แคโทด LiFePO4 มีความยืดหยุ่นสูงในระหว่างการสูญเสียออกซิเจนซึ่งโดยทั่วไปจะส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาคายความร้อนในเซลล์ลิเธียมอื่น ๆ
เป็นผลให้เซลล์ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต LiFePO4 นั้นติดไฟได้ยากมากในกรณีที่มีการทำงานผิดพลาด (โดยเฉพาะในช่วงที่มีการชาร์จแบตเตอรี่) แม้ว่าแบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มแล้วจะสามารถกระจายพลังงานที่มากเกินไปออกมาเป็นความร้อนได้ ดังนั้นความล้มเหลวของแบตเตอรี่ผ่านการใช้งานในทางที่ผิดยังคงเป็นไปได้ เป็นที่ยอมรับกันทั่วไปว่าแบตเตอรี่ LiFePO4 ไม่สลายตัวที่อุณหภูมิสูง ความแตกต่างระหว่าง LFP และเซลล์แบตเตอรี่ LiPo ที่ใช้กันทั่วไปในงานอดิเรก aeromodelling นั้นมีความโดดเด่นเป็นพิเศษ
- Cell voltage
- Minimum discharge voltage = 2.5 V
- Working voltage = 3.0 ~ 3.3 V
- Maximum charge voltage = 3.65 V
- Gravimetric energy density > 90 Wh/kg (> 320 J/g)
- 100% DOD cycle life (number of cycles to 80% of original capacity) = 2,000–7,000
- 10% DOD cycle life (number of cycles to 80% of original capacity) > 10,000
- Sony Fortelion: 74% capacity after 8,000 cycles with 100% DOD
- Cathode composition (weight)
- 90% C-LiFePO4, grade Phos-Dev-12
- 5% carbon EBN-10-10 (superior graphite)
- 5% polyvinylidene fluoride (PVDF)
- Cell configuration
- Carbon-coated aluminium current collector 15
- 1.54 cm2 cathode
- Electrolyte: ethylene carbonate–dimethyl carbonate (EC–DMC) 1–1 lithium perchlorate (LiClO4) 1M
- Anode: graphite or hard carbon with intercalated metallic lithium
- Experimental conditions:
- Room temperature
- Voltage limits: 2.0–3.65 V
- Charge: Up to C/1 rate up to 3.6 V, then constant voltage at 3.6 V until I < C/24
- According to the manufacturer BYD the lithium iron phosphate battery of the electric car e6 is charged at a fast charging station to 80% within 15 minutes, and 100% within 40 minutes.
-
การขนส่ง
อัตราการคายประจุที่สูงขึ้นเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเร่งความเร็ว น้ำหนักที่ลดลงและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นทำให้แบตเตอรี่ชนิดนี้เหมาะสำหรับจักรยานและรถยนต์ไฟฟ้า แบตเตอรี่ 12V LiFePO4 ยังได้รับความนิยมในฐานะแบตเตอรี่ก้อนที่สองสำหรับคาราวานรถยนต์หรือเรือ
-
โทรคมนาคม
สถานีฐาน (BTS) และศูนย์ควบคุมหลักเป็นแอปพลิเคชั่นหลักในการสื่อสารโทรคมนาคม LFP 5U48V100Ah และ 5U48V150Ah แพ็คโมดูลกำลังจะเปลี่ยนจากแบตเตอรี่ VRLA แบบเดิมมาเป็นแบตเตอรี่ LFP สามารถทำงานได้ในสภาพอากาศที่อบอุ่นด้วยอุณหภูมิ 50 องศาเซลเซียสโดยผลกระทบทำให้อายุการใช้งานลดลง ดังนั้นผู้ประกอบการโทรคมนาคมจึงเริ่มดำเนินการตั้งแต่ปี 2554 ในประเทศไทย
สวนพลังงานแสงอาทิตย์และระบบไฟเพื่อความปลอดภัยขณะนี้มีการใช้เซลล์ LFP ขนาด 14,500 (AA ขนาด AA) ในบางเส้นทางไฟพลังงานแสงอาทิตย์แทน 1.2 V NiCd / NiMH
LFP แรงดันไฟฟ้าการทำงานที่สูงขึ้น (3.2 V) สามารถให้เซลล์เดียวขับ LED โดยไม่จำเป็นต้องมีวงจรยกระดับ พิกัดความเผื่อที่เพิ่มขึ้นสำหรับการบรรจุมากเกินไป (เทียบกับเซลล์ Li ชนิดอื่น) หมายความว่า LiFePO4 สามารถเชื่อมต่อกับเซลล์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์โดยไม่มีวงจรที่ซับซ้อน เซลล์ LFP เดี่ยวยังช่วยลดปัญหาการกัดกร่อนการควบแน่นและสิ่งสกปรกที่เกี่ยวข้องกับตัวยึดแบตเตอรี่และหน้าสัมผัส แบบเซลล์ต่อเซลล์ - การเชื่อมต่อที่ไม่ดีดังกล่าวมักจะทำให้เกิดปัญหากับระบบกลางแจ้งโดยใช้เซลล์ NiMH แบบถอดได้
หลอดความปลอดภัยแบบพาสซีฟพลังงานแสงอาทิตย์แบบอินฟราเรดที่มีความซับซ้อนมากขึ้นของ LFP นั้นก็กำลังเกิดขึ้น (2013) เนื่องจากเซลล์ LFP ขนาด AA มีความจุเพียง 600 mA⋅h (ในขณะที่ LED สว่างของหลอดอาจกินกระแสไฟ 60 mA) อาจใช้เวลาเพียง 10 ชั่วโมง อย่างไรก็ตาม - หากมีการเรียกใช้เป็นครั้งคราวระบบดังกล่าวอาจทำงานได้แม้ภายใต้สภาวะการชาร์จที่มีแสงแดดต่ำเนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของหลอดไฟให้ความมั่นใจหลังจากที่กระแส "ไร้แสง" ที่มีค่าน้อยกว่า 1 mA.โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์ LiFePO4 นั้นสว่างกว่าไฟพลังงานแสงอาทิตย์กลางแจ้งอย่างเห็นได้ชัดและประสิทธิภาพโดยรวมถือว่ามีความน่าเชื่อถือมากกว่า
-
การใช้งานอื่นๆ
บ้านหลายแห่งใช้ Electric Vihecle (EV) รถหรือยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า ในรูปแบบแพ็คขนาดใหญ่เช่นชุดดึงรถ ด้วยอัตราส่วนพลังงานต่อน้ำหนักที่มีประสิทธิภาพคุณสมบัติด้านความปลอดภัยสูงและความต้านทานต่อสารเคมีต่อการระบายความร้อนทางเคมีมีอุปสรรคเล็กน้อยสำหรับการใช้งานโดย "ผู้สร้าง" มือสมัครเล่นที่บ้าน รถมอเตอร์ไซด์มักจะถูกเปลี่ยนเป็นลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเนื่องจากมีกำลังการดึงสูง