5 حقائق عن كيمياء LFP لبطاريات السيارات الكهربائية

تعمل كيمياء بطارية فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) على كسر الحواجز في سوق السيارات الكهربائية (EV). وهي تستعد لإعادة تعريف صناعة البطاريات ومبيعات السيارات الكهربائية في أمريكا الشمالية وأوروبا. إنه قوي، وخفيف الوزن، وسريع الشحن... لكن LFP ليس جديدًا في الواقع.

1. LFP هو نوع محدد من كيمياء أيونات الليثيوم.

إن عودة كيمياء LFP للمركبات الكهربائية ودورها في مستقبل التنقل الإلكتروني يقود الكثيرين إلى طرح السؤال: ما هي كيمياء البطارية الأفضل للسيارات الكهربائية، أو فوسفات حديد الليثيوم أو أيون الليثيوم؟

نظرًا لأن بطاريات الليثيوم أيون (Li-Ion) هي بطاريات قابلة لإعادة الشحن ومن المحتمل أن يكون معظم الناس على دراية بها، يبدو هذا الاختيار منطقيًا. يتم استخدامها في العديد من العناصر اليومية، مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والمركبات الكهربائية التي تسير على الطريق اليوم. ولكن عند مناقشة إيجابيات وسلبيات كل بطارية EV، فهي ليست منافسة بين بطاريات LFP وLi-Ion.

تحتوي عائلة بطاريات Li-Ion على كيميائية مختلفة للبطارية سميت باسم الكاثود الخاص بهم ؛ LFP جزء من تلك العائلة. وعلى الرغم من أن LFP عبارة عن بطارية Li-Ion ، فليست كل Li-Ions هي بطاريات LFP. تشمل بطاريات الليثيوم أيون الأخرى بطارية أكسيد الكوبالت والنيكل والنيكل وبطارية أكسيد الألومنيوم والنيكل والكوبالت (NCA). كلاهما يستخدم بالفعل بكثافة في السيارات الكهربائية.

2. يشير الحرف "F" في LFP إلى الحديد.

حقيقة ممتعة! تتم تسمية البطاريات عادةً على اسم المواد الكيميائية المستخدمة في الكاثود، وتستخدم بطارية LFP مادة كاثود مصنوعة من مركب غير عضوي من فوسفات الحديد الليثيوم، مع الصيغة LiFePO4. يأتي "F" من "Fe"، الجدول الدوري للعناصر، الرمز الكيميائي للحديد. الحديد مشتق من الكلمة اللاتينية التي تعني الحديد، Ferrum. قد ترى أيضًا LFP يُشار إليها ببطارية ليثيوم فوسفات الحديد.

3. يمكن شحن الطابعات LFP بنسبة 100%.

يعد الحفاظ على صحة بطارية السيارة الكهربائية أمرًا ضروريًا إذا كانت مركبتك الكهربائية تريد أن تعيش حياة طويلة وسعيدة. إذا كانت مركبتك الكهربائية تحتوي على بطارية NMC أو NCA ، فإن إحدى أسهل الطرق للقيام بذلك هي عدم شحن البطارية بنسبة 100٪ كل يوم. هذا يمنع تقادم التقويم المتسارع ، التقادم الطبيعي للبطارية الذي سيحدث سواء كانت قيد الاستخدام أم لا. يؤدي شحن NMC أو NCA إلى 100٪ إلى وضع البطاريات في حالة شحن قصوى. نظرًا لأن البطاريات تحول الطاقة الكيميائية إلى كهرباء ، فإن البطارية تكون بطبيعتها غير مستقرة عند شحنها بالكامل. بشكل عام ، يعتبر تجنب الشحن الضئيل والمرتفع للغاية من أفضل الممارسات ، حيث تمثل سعة البطارية القياسية 80٪ لعمر مثالي.

ومع ذلك ، تعد بطاريات LFP استثناءً من معيار الشحن هذا. تمتلك LFPs 100٪ من سعتها المتاحة ، مما يعني أنه يمكن شحنها بالكامل دون التسبب في تدهور سريع للبطارية. هذا بفضل كاثود البطارية.

تعتبر رابطة الفوسفور والأكسجين في كاثود LFP أقوى من رابطة المعادن والأكسجين في مواد الكاثود الأخرى. هذه الرابطة تعيق إطلاق الأكسجين وتتطلب المزيد من الطاقة ودرجة حرارة أعلى للاندفاع الحراري. هذا يجعل البطارية أكثر استقرارًا لتخزينها عند الشحن الكامل.

4. تعد LFPs خيارًا أقل تكلفة.

تحظى السيارات الكهربائية بشعبية كبيرة ، ويستمر الطلب على المزيد من الشركات للتحول من محركات الاحتراق الداخلي إلى البطاريات في الازدياد. ومع ذلك ، حتى مع زيادة الطلب ، لا يزال بناء سيارة كهربائية يكلف أكثر من محركات الديزل التقليدية بسبب تصنيع البطاريات.

يتطلب تصنيع بطاريات NMC وNCA النيكل والكوبالت، وهما مادتان لاستخراجهما بتكلفة باهظة. تكلفة شراء كلتا المادتين باهظة الثمن بالفعل. ومع ذلك، فإن النقص المتزايد في النيكل وإنتاج الكوبالت الذي يمتد إلى أقصى الحدود يشكل تحديًا لتصنيع بطاريات NMC وNCA وجعلها ميسورة التكلفة لدمجها في المركبات الكهربائية.

من ناحية أخرى ، تتجاوز بطاريات LFP حاليًا مشكلات سلسلة التوريد والأسعار المتضخمة لأن النيكل والكوبالت غير ضروريين للكاثود. كاثود LFP مصنوع من مواد وفيرة في الأرض. فوسفات الحديد الليثيوم هو مركب بلوري ينتمي إلى عائلة معدن الزبرجد الزيتوني. نظرًا لأن عائلة الزبرجد الزيتوني هي مكون أساسي في الوشاح العلوي للأرض ، فإن LFP متاحة بسهولة أكبر للاستخراج بتكلفة أقل.

5. يتم تشغيل 17% من سوق السيارات الكهربائية العالمية بواسطة LFPs.

ظهرت بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم لأول مرة في عام 1996 ، لذا فليس من المستغرب أن تكون كيمياء البطارية موجودة بالفعل في سوق السيارات الكهربائية. أكتشف من قبل مجموعة أبحاث جون بانيستر جوديناف في جامعة تكساس ، اكتسبت بطاريات LFP اعترافًا بمجموعة واسعة من الفوائد. حتى مع الخصائص المفيدة ، لم تشهد LFPs أول اعتماد لها على نطاق واسع إلا بعد مرور 10 سنوات ، عندما أصبحت الصناعة المفضلة للإلكترونيات.

لقد تحسنت تقنية LFP على مر السنين، ويمكن العثور عليها الآن في نطاق أوسع من التطبيقات، بدءًا من الدراجات النارية وأجهزة الطاقة الشمسية وحتى السيارات الكهربائية. يتم تشغيل سبعة عشر بالمائة من سوق السيارات الكهربائية العالمية بالفعل بواسطة LFPs، ولكن كيمياء البطاريات هذه تستعد لتحقيق اختراقها الكبير التالي من خلال اعتمادها على نطاق واسع في تطبيقات مختلفة على الطرق السريعة مثل الحافلات الكهربائية والشاحنات الكهربائية. تعد LFPs أقل كثافة في استهلاك الطاقة، وتأتي بتكاليف تصنيع أقل وأسهل في الإنتاج من أنواع بطاريات Li-Ion وبطاريات الرصاص الحمضية الأخرى.

تهدد التحذيرات من نقص إمدادات الليثيوم خفض توقعات مبيعات السيارات الكهربائية العالمية في عام 2030، ولكن حتى هذا لم يبطئ من زخم اعتماد بطاريات LFP في السيارات الكهربائية. تظل كيمياء بطاريات LFP أسهل في الإنتاج وبتكلفة أقل. إن كفاءة الشحن ، وانخفاض تكلفة الملكية ، وعدم السمية ، ودورة الحياة الطويلة ، وخصائص السلامة الممتازة تجعلها مفضلة لدى الجماهير في مستقبل النقل الكهربائي.