Pin LiFePO4

Pin lithium sắt phosphate là pin lithium-ion sử dụng lithium sắt phosphate (LiFePO4) làm vật liệu điện cực dương và carbon làm vật liệu điện cực âm.
Trong quá trình sạc, một số ion lithium trong lithium iron phosphate được chiết xuất, chuyển đến điện cực âm thông qua chất điện phân và được nhúng trong vật liệu carbon của điện cực âm; đồng thời, các electron được giải phóng khỏi điện cực dương và đến điện cực âm từ mạch ngoài để duy trì sự cân bằng của phản ứng hóa học. Trong quá trình xả, các ion lithium được chiết xuất khỏi điện cực âm và đến điện cực dương thông qua chất điện phân. Đồng thời, điện cực âm giải phóng các electron và đến điện cực dương từ mạch ngoài để cung cấp năng lượng cho thế giới bên ngoài.
Pin LiFePO4 có ưu điểm là điện áp làm việc cao, mật độ năng lượng cao, tuổi thọ dài, hiệu suất an toàn tốt, tỷ lệ tự xả thấp và không có hiệu ứng nhớ.
Đặc điểm cấu trúc pin
Phía bên trái của pin lithium sắt phosphate là điện cực dương được cấu tạo từ vật liệu LiFePO4 có cấu trúc olivin, được kết nối với điện cực dương của pin bằng một lá nhôm. Phía bên phải là điện cực âm của pin được cấu tạo từ carbon (graphite), được kết nối với điện cực âm của pin bằng một lá đồng. Ở giữa là một bộ tách polymer, tách điện cực dương khỏi điện cực âm và các ion lithium có thể đi qua bộ tách nhưng các electron thì không. Bên trong pin chứa đầy chất điện phân và pin được bịt kín bằng vỏ kim loại.

Đặc điểm của pin lithium sắt phosphate
Mật độ năng lượng cao hơn

Theo báo cáo, mật độ năng lượng của pin lithium sắt phosphate vỏ nhôm vuông được sản xuất hàng loạt vào năm 2018 là khoảng 160Wh/kg. Vào năm 2019, một số nhà sản xuất pin xuất sắc có thể đạt được mức 175-180Wh/kg. Công nghệ chip và dung lượng được làm lớn hơn, hoặc có thể đạt được 185Wh/kg.
hiệu suất an toàn tốt
Hiệu suất điện hóa của vật liệu catốt của pin lithium sắt phosphate tương đối ổn định, điều này quyết định rằng nó có nền tảng sạc và xả ổn định. Do đó, cấu trúc của pin sẽ không thay đổi trong quá trình sạc và xả, và nó sẽ không bị cháy và nổ. Nó vẫn rất an toàn trong các điều kiện đặc biệt như sạc, bóp và châm cứu.

Chu kỳ sống dài

Tuổi thọ chu kỳ 1C của pin lithium sắt phosphate thường đạt 2.000 lần, thậm chí hơn 3.500 lần, trong khi thị trường lưu trữ năng lượng yêu cầu hơn 4.000-5.000 lần, đảm bảo tuổi thọ sử dụng 8-10 năm, cao hơn 1.000 chu kỳ của pin ba thành phần. Tuổi thọ chu kỳ của pin axit chì tuổi thọ dài là khoảng 300 lần.
Ứng dụng công nghiệp của pin lithium sắt phosphate

Ứng dụng của ngành công nghiệp xe năng lượng mới

“Kế hoạch phát triển ngành công nghiệp xe tiết kiệm năng lượng và năng lượng mới” của nước tôi đề xuất rằng “mục tiêu chung của sự phát triển xe năng lượng mới của nước tôi là: đến năm 2020, tổng sản lượng và doanh số bán xe năng lượng mới đạt 5 triệu chiếc và quy mô ngành công nghiệp xe tiết kiệm năng lượng và năng lượng mới của nước tôi sẽ đứng đầu thế giới”. Pin lithium sắt phosphate được sử dụng rộng rãi trong xe ô tô chở khách, xe ô tô chở khách, xe hậu cần, xe điện tốc độ thấp, v.v. do ưu điểm là an toàn tốt và chi phí thấp. Chịu ảnh hưởng của chính sách, pin ba thành phần chiếm vị trí thống lĩnh với ưu điểm về mật độ năng lượng, nhưng pin lithium sắt phosphate vẫn chiếm ưu thế không thể thay thế trong xe ô tô chở khách, xe hậu cần và các lĩnh vực khác. Trong lĩnh vực xe ô tô chở khách, pin lithium sắt phosphate chiếm khoảng 76%, 81%, 78% trong đợt 5, 6 và 7 của “Danh mục các mẫu xe được khuyến nghị để thúc đẩy và ứng dụng xe năng lượng mới” (sau đây gọi là “Danh mục”) vào năm 2018. %, vẫn duy trì xu hướng chính. Trong lĩnh vực xe chuyên dụng, pin lithium sắt phosphate chiếm khoảng 30%, 32% và 40% trong đợt 5, 6 và 7 của “Danh mục” vào năm 2018, và tỷ lệ ứng dụng đã tăng dần.
Yang Yusheng, một học giả của Viện Hàn lâm Kỹ thuật Trung Quốc, tin rằng việc sử dụng pin lithium sắt phosphate trong thị trường xe điện tầm xa không chỉ có thể cải thiện độ an toàn của xe mà còn hỗ trợ việc tiếp thị xe điện tầm xa, loại bỏ quãng đường đi được, độ an toàn, giá cả và chi phí của xe điện thuần túy. Lo lắng về việc sạc, các vấn đề về pin sau đó, v.v. Trong giai đoạn từ năm 2007 đến năm 2013, nhiều công ty ô tô đã khởi động các dự án xe điện tầm xa thuần túy.

Bắt đầu ứng dụng trên nguồn điện

Ngoài đặc điểm của pin lithium điện, pin lithium sắt phosphate khởi động còn có khả năng tạo ra công suất cao ngay lập tức. Pin axit chì truyền thống được thay thế bằng pin lithium điện có năng lượng dưới một kilowatt giờ, và động cơ khởi động và máy phát điện truyền thống được thay thế bằng động cơ BSG. , không chỉ có chức năng khởi động-dừng không tải, mà còn có chức năng tắt máy và chạy trớn, phục hồi năng lượng chạy trớn và phanh, tăng tốc và chạy điện.

Ứng dụng trong thị trường lưu trữ năng lượng

Pin LiFePO4 có một loạt các ưu điểm độc đáo như điện áp làm việc cao, mật độ năng lượng cao, tuổi thọ chu kỳ dài, tỷ lệ tự xả thấp, không có hiệu ứng nhớ, bảo vệ môi trường xanh, v.v. và hỗ trợ mở rộng vô cấp, phù hợp để lưu trữ năng lượng điện quy mô lớn, trong các nhà máy điện năng lượng tái tạo có triển vọng ứng dụng tốt trong các lĩnh vực kết nối lưới điện an toàn của phát điện, điều chỉnh đỉnh lưới điện, nhà máy điện phân phối, bộ nguồn UPS và hệ thống cung cấp điện khẩn cấp.
Theo báo cáo mới nhất về lưu trữ năng lượng do GTM Research, một tổ chức nghiên cứu thị trường quốc tế, vừa công bố, việc áp dụng các dự án lưu trữ năng lượng từ lưới điện tại Trung Quốc vào năm 2018 tiếp tục làm tăng mức tiêu thụ pin lithium sắt phosphate.
Với sự gia tăng của thị trường lưu trữ năng lượng, trong những năm gần đây, một số công ty pin điện đã triển khai kinh doanh lưu trữ năng lượng để mở ra thị trường ứng dụng mới cho pin lithium sắt phosphate. Một mặt, do đặc điểm tuổi thọ cực dài, sử dụng an toàn, dung lượng lớn và bảo vệ môi trường xanh, lithium sắt phosphate có thể được chuyển sang lĩnh vực lưu trữ năng lượng, điều này sẽ mở rộng chuỗi giá trị và thúc đẩy việc thành lập một mô hình kinh doanh mới. Mặt khác, hệ thống lưu trữ năng lượng hỗ trợ pin lithium sắt phosphate đã trở thành sự lựa chọn chính thống trên thị trường. Theo báo cáo, pin lithium sắt phosphate đã được thử nghiệm để sử dụng trong xe buýt điện, xe tải điện, điều chỉnh tần số phía người dùng và phía lưới điện.
1. Phát điện năng lượng tái tạo như phát điện gió và phát điện quang điện được kết nối an toàn với lưới điện. Tính ngẫu nhiên, không liên tục và biến động vốn có của phát điện gió quyết định rằng sự phát triển quy mô lớn của nó chắc chắn sẽ có tác động đáng kể đến hoạt động an toàn của hệ thống điện. Với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp điện gió, đặc biệt là hầu hết các trang trại gió ở nước tôi là “phát triển tập trung quy mô lớn và truyền tải đường dài”, việc phát điện kết nối lưới điện của các trang trại gió quy mô lớn đặt ra những thách thức nghiêm trọng đối với hoạt động và kiểm soát các lưới điện lớn.
Phát điện quang điện chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường, cường độ ánh sáng mặt trời và điều kiện thời tiết, phát điện quang điện có đặc điểm là dao động ngẫu nhiên. Nước tôi có xu hướng phát triển “phát triển phi tập trung, tiếp cận tại chỗ điện áp thấp” và “phát triển quy mô lớn, tiếp cận điện áp trung bình và cao”, đưa ra yêu cầu cao hơn về điều chỉnh đỉnh lưới điện và vận hành an toàn hệ thống điện.
Do đó, các sản phẩm lưu trữ năng lượng dung lượng lớn đã trở thành yếu tố then chốt trong việc giải quyết mâu thuẫn giữa lưới điện và sản xuất năng lượng tái tạo. Hệ thống lưu trữ năng lượng pin lithium sắt phosphate có các đặc điểm là chuyển đổi nhanh các điều kiện làm việc, chế độ vận hành linh hoạt, hiệu suất cao, an toàn và bảo vệ môi trường, khả năng mở rộng mạnh mẽ. Vấn đề kiểm soát điện áp cục bộ, cải thiện độ tin cậy của sản xuất điện năng lượng tái tạo và cải thiện chất lượng điện năng, để năng lượng tái tạo có thể trở thành nguồn cung cấp điện liên tục và ổn định.
Với việc liên tục mở rộng công suất và quy mô, và sự trưởng thành liên tục của công nghệ tích hợp, chi phí của các hệ thống lưu trữ năng lượng sẽ được giảm thêm. Sau các cuộc thử nghiệm an toàn và độ tin cậy dài hạn, các hệ thống lưu trữ năng lượng pin lithium sắt phosphate dự kiến ​​sẽ được sử dụng trong năng lượng tái tạo như năng lượng gió và phát điện quang điện. Nó đã được sử dụng rộng rãi trong kết nối lưới điện an toàn của phát điện và cải thiện chất lượng điện.
2. Điều chỉnh đỉnh lưới điện. Biện pháp chính để điều chỉnh đỉnh lưới điện luôn là các nhà máy điện tích năng. Do nhà máy điện tích năng cần xây dựng hai hồ chứa, hồ chứa trên và hồ chứa dưới, bị hạn chế rất nhiều bởi điều kiện địa lý, không dễ xây dựng ở vùng đồng bằng, diện tích lớn và chi phí bảo dưỡng cao. Việc sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng pin lithium sắt phosphate để thay thế nhà máy điện tích năng, để ứng phó với phụ tải đỉnh của lưới điện, không bị hạn chế bởi điều kiện địa lý, lựa chọn địa điểm tự do, đầu tư ít, chiếm dụng đất ít, chi phí bảo dưỡng thấp, sẽ đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều chỉnh đỉnh lưới điện.
3 Nhà máy điện phân tán. Do bản thân lưới điện lớn có khiếm khuyết nên khó đảm bảo yêu cầu về chất lượng, hiệu quả, an toàn và độ tin cậy của nguồn điện. Đối với các đơn vị và doanh nghiệp quan trọng, nguồn điện kép hoặc thậm chí nhiều nguồn điện thường được yêu cầu làm nguồn dự phòng và bảo vệ. Hệ thống lưu trữ năng lượng pin lithium sắt phosphate có thể giảm hoặc tránh mất điện do sự cố lưới điện và các sự kiện bất ngờ khác nhau, đồng thời đảm bảo nguồn điện an toàn và đáng tin cậy trong các bệnh viện, ngân hàng, trung tâm chỉ huy và kiểm soát, trung tâm xử lý dữ liệu, ngành công nghiệp vật liệu hóa học và ngành sản xuất chính xác. Đóng vai trò quan trọng.
4 Nguồn điện UPS. Sự phát triển liên tục và nhanh chóng của nền kinh tế Trung Quốc đã dẫn đến sự phân cấp nhu cầu của người dùng nguồn điện UPS, khiến nhiều ngành công nghiệp và nhiều doanh nghiệp có nhu cầu liên tục về nguồn điện UPS.
So với pin axit chì, pin lithium sắt phosphate có ưu điểm là tuổi thọ dài, an toàn và ổn định, bảo vệ môi trường xanh và tỷ lệ tự xả thấp nên sẽ được sử dụng rộng rãi.

Ứng dụng trong các lĩnh vực khác

Pin lithium sắt phosphate cũng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực quân sự do tuổi thọ chu kỳ tốt, an toàn, hiệu suất nhiệt độ thấp và các ưu điểm khác. Vào ngày 10 tháng 10 năm 2018, một công ty pin ở Sơn Đông đã xuất hiện mạnh mẽ tại Triển lãm thành tựu đổi mới công nghệ tích hợp quân sự-dân sự đầu tiên tại Thanh Đảo và trưng bày các sản phẩm quân sự bao gồm pin nhiệt độ cực thấp quân sự -45℃.