Batería LiFePO4

La batería de fosfato de hierro y litio es una batería de iones de litio que utiliza fosfato de hierro y litio (LiFePO4) como material del electrodo positivo y carbono como material del electrodo negativo.
Durante el proceso de carga, algunos iones de litio del fosfato de hierro y litio se extraen, se transfieren al electrodo negativo a través del electrolito y se incrustan en el material de carbono del electrodo negativo. Simultáneamente, se liberan electrones del electrodo positivo y llegan a él desde el circuito externo para mantener el equilibrio de la reacción química. Durante el proceso de descarga, se extraen iones de litio del electrodo negativo y llegan al electrodo positivo a través del electrolito. Simultáneamente, el electrodo negativo libera electrones y llega al electrodo positivo desde el circuito externo para suministrar energía al exterior.
Las baterías LiFePO4 tienen las ventajas de alto voltaje de trabajo, alta densidad de energía, largo ciclo de vida, buen desempeño de seguridad, baja tasa de autodescarga y sin efecto memoria.
Características estructurales de la batería
El lado izquierdo de la batería de fosfato de hierro y litio es un electrodo positivo compuesto por un material LiFePO₄ con estructura de olivino, conectado al electrodo positivo de la batería mediante una lámina de aluminio. A la derecha se encuentra el electrodo negativo de la batería, compuesto de carbono (grafito), conectado al electrodo negativo mediante una lámina de cobre. En el centro se encuentra un separador de polímero que separa el electrodo positivo del negativo. Los iones de litio pueden pasar a través de este separador, pero no los electrones. El interior de la batería está lleno de electrolito y sellado herméticamente por una carcasa metálica.

Características de la batería de fosfato de hierro y litio
Mayor densidad energética

Según informes, la densidad energética de la batería de fosfato de hierro y litio con carcasa cuadrada de aluminio, producida en masa en 2018, es de aproximadamente 160 Wh/kg. En 2019, algunos excelentes fabricantes de baterías probablemente alcanzarán los 175-180 Wh/kg. La tecnología y la capacidad de los chips se han ampliado, alcanzando así los 185 Wh/kg.
buen desempeño de seguridad
El rendimiento electroquímico del material del cátodo de la batería de fosfato de hierro y litio es relativamente estable, lo que le confiere una plataforma de carga y descarga estable. Por lo tanto, la estructura de la batería no se altera durante el proceso de carga y descarga, y no se quema ni explota. Además, es muy segura en condiciones especiales como la carga, la compresión y la acupuntura.

Larga vida útil

La vida útil de las baterías de fosfato de hierro y litio (1C) suele ser de 2000 o incluso más de 3500 veces, mientras que el mercado de almacenamiento de energía exige entre 4000 y 5000 veces, lo que garantiza una vida útil de 8 a 10 años, superior a los 1000 ciclos de las baterías ternarias. La vida útil de las baterías de plomo-ácido de larga duración es de aproximadamente 300 veces.
Aplicación industrial de la batería de fosfato de hierro y litio

Aplicación de la industria de vehículos de nueva energía

El "Plan de Desarrollo de la Industria de Vehículos de Nueva Energía y Ahorro de Energía" de mi país propone que "el objetivo general del desarrollo de vehículos de nueva energía en mi país es: para 2020, la producción y las ventas acumuladas de vehículos de nueva energía alcanzarán los 5 millones de unidades, y la escala de la industria de vehículos de nueva energía y ahorro de energía de mi país se ubicará en primer lugar a nivel mundial". Las baterías de fosfato de hierro y litio se utilizan ampliamente en turismos, vehículos logísticos, vehículos eléctricos de baja velocidad, etc., debido a sus ventajas de seguridad y bajo coste. Influenciadas por la política, las baterías ternarias ocupan una posición dominante gracias a la ventaja de la densidad energética, pero las baterías de fosfato de hierro y litio siguen ofreciendo ventajas irremplazables en turismos, vehículos logísticos y otros campos. En el sector de los turismos, las baterías de fosfato de hierro y litio representaron aproximadamente el 76%, el 81% y el 78% de los lotes 5.º, 6.º y 7.º del "Catálogo de Modelos Recomendados para la Promoción y Aplicación de Vehículos de Nuevas Energías" (en adelante, el "Catálogo") en 2018, manteniéndose en la corriente principal. En el sector de los vehículos especiales, las baterías de fosfato de hierro y litio representaron aproximadamente el 30%, el 32% y el 40% de los lotes 5.º, 6.º y 7.º del "Catálogo" en 2018, respectivamente, y su proporción de aplicaciones ha aumentado gradualmente.
Yang Yusheng, académico de la Academia China de Ingeniería, cree que el uso de baterías de fosfato de hierro y litio en el mercado de vehículos eléctricos de autonomía extendida no solo puede mejorar la seguridad de los vehículos, sino también impulsar su comercialización, eliminando las limitaciones de kilometraje, seguridad, precio y coste de los vehículos eléctricos puros. Entre 2007 y 2013, numerosas compañías automotrices lanzaron proyectos de vehículos eléctricos puros de autonomía extendida.

Inicie la aplicación en el encendido

Además de las características de las baterías de litio de potencia, la batería de arranque de fosfato de hierro y litio también ofrece la capacidad de generar alta potencia instantáneamente. La batería tradicional de plomo-ácido se sustituye por una batería de litio de potencia con una energía inferior a un kilovatio-hora, y el motor de arranque y el generador tradicionales se sustituyen por un motor BSG. Esta batería no solo cuenta con la función de arranque y parada en ralentí, sino también con las funciones de apagado del motor y marcha por inercia, recuperación de energía en marcha por inercia y frenado, servofreno y control de crucero eléctrico.

Aplicaciones en el mercado de almacenamiento de energía

La batería LiFePO4 tiene una serie de ventajas únicas, como alto voltaje de trabajo, alta densidad de energía, largo ciclo de vida, baja tasa de autodescarga, sin efecto memoria, protección ambiental ecológica, etc., y admite una expansión continua, adecuada para el almacenamiento de energía eléctrica a gran escala, en las centrales eléctricas de energía renovable tienen buenas perspectivas de aplicación en los campos de conexión segura a la red de generación de energía, regulación de picos de la red eléctrica, centrales eléctricas distribuidas, fuentes de alimentación UPS y sistemas de suministro de energía de emergencia.
Según el último informe sobre almacenamiento de energía publicado recientemente por GTM Research, una organización internacional de investigación de mercado, la aplicación de proyectos de almacenamiento de energía del lado de la red en China en 2018 continuó aumentando el consumo de baterías de fosfato de hierro y litio.
Con el auge del mercado de almacenamiento de energía, en los últimos años, algunas empresas de baterías eléctricas han implementado este tipo de negocio para abrir nuevos mercados de aplicación para las baterías de fosfato de hierro y litio. Por un lado, gracias a sus características de larga duración, seguridad de uso, gran capacidad y protección ambiental, el fosfato de hierro y litio puede incorporarse al sector del almacenamiento de energía, lo que ampliará la cadena de valor y promoverá el establecimiento de un nuevo modelo de negocio. Por otro lado, el sistema de almacenamiento de energía que soporta las baterías de fosfato de hierro y litio se ha convertido en la opción preferida del mercado. Según informes, se han probado las baterías de fosfato de hierro y litio en autobuses y camiones eléctricos, así como en la regulación de frecuencia del lado del usuario y de la red eléctrica.
1. La generación de energía renovable, como la eólica y la fotovoltaica, está conectada de forma segura a la red eléctrica. La aleatoriedad, intermitencia y volatilidad inherentes a la generación eólica determinan que su desarrollo a gran escala inevitablemente tendrá un impacto significativo en la operación segura del sistema eléctrico. Con el rápido desarrollo de la industria eólica, especialmente dado que la mayoría de los parques eólicos en mi país son de desarrollo centralizado a gran escala y transmisión a larga distancia, la generación de energía conectada a la red eléctrica en parques eólicos a gran escala plantea importantes desafíos para la operación y el control de las grandes redes eléctricas.
La generación de energía fotovoltaica se ve afectada por la temperatura ambiente, la intensidad de la luz solar y las condiciones climáticas, y presenta características de fluctuaciones aleatorias. Mi país presenta una tendencia de desarrollo de “desarrollo descentralizado, acceso in situ de bajo voltaje” y “desarrollo a gran escala, acceso de voltaje medio y alto”, lo que plantea mayores requisitos para la regulación de picos de la red eléctrica y la operación segura de los sistemas de energía.
Por lo tanto, los productos de almacenamiento de energía de gran capacidad se han convertido en un factor clave para resolver la contradicción entre la red eléctrica y la generación de energía renovable. El sistema de almacenamiento de energía con baterías de fosfato de hierro y litio se caracteriza por una rápida adaptación a las condiciones de trabajo, un modo de operación flexible, alta eficiencia, seguridad y protección ambiental, y una gran escalabilidad. Además, el control de voltaje local mejora la confiabilidad de la generación de energía renovable y la calidad de la energía, de modo que esta se convierta en un suministro de energía continuo y estable.
Con la continua expansión de la capacidad y la escala, y la continua madurez de la tecnología integrada, el costo de los sistemas de almacenamiento de energía se reducirá aún más. Tras largas pruebas de seguridad y confiabilidad, se espera que los sistemas de almacenamiento de energía con baterías de fosfato de hierro y litio se utilicen en energías renovables como la eólica y la fotovoltaica. Su uso se ha extendido para la conexión segura a la red eléctrica y la mejora de la calidad de la energía.
2. Regulación de picos de la red eléctrica. El principal método para regular los picos de la red eléctrica siempre han sido las centrales eléctricas de bombeo. Dado que estas centrales requieren la construcción de dos embalses (el superior y el inferior), cuyas condiciones geográficas son muy limitadas, su construcción en zonas llanas es compleja, su extensión y los altos costos de mantenimiento son elevados. El uso de un sistema de almacenamiento de energía con baterías de fosfato de hierro y litio para reemplazar las centrales eléctricas de bombeo, con el fin de hacer frente a los picos de demanda de la red eléctrica, sin limitaciones geográficas, con libre elección del emplazamiento, menor inversión, menor ocupación de terreno y bajos costos de mantenimiento, desempeñará un papel importante en el proceso de regulación de picos de la red eléctrica.
3 Centrales eléctricas distribuidas. Debido a las deficiencias de la propia red eléctrica, es difícil garantizar la calidad, eficiencia, seguridad y fiabilidad del suministro eléctrico. En unidades y empresas importantes, a menudo se requieren fuentes de alimentación duales o incluso múltiples como respaldo y protección. El sistema de almacenamiento de energía con baterías de fosfato de hierro y litio puede reducir o evitar cortes de energía causados ​​por fallos de la red eléctrica y diversos eventos inesperados, y garantizar un suministro eléctrico seguro y fiable en hospitales, bancos, centros de comando y control, centros de procesamiento de datos, industrias de materiales químicos y de fabricación de precisión. Desempeña un papel importante.
4. Fuentes de alimentación UPS. El rápido y continuo desarrollo de la economía china ha propiciado la descentralización de las necesidades de los usuarios de fuentes de alimentación UPS, lo que ha generado una demanda continua de estas fuentes por parte de más industrias y empresas.
En comparación con las baterías de plomo-ácido, las baterías de fosfato de hierro y litio tienen las ventajas de un ciclo de vida largo, seguridad y estabilidad, protección ambiental ecológica y baja tasa de autodescarga. serán ampliamente utilizadas.

Aplicaciones en otros campos

Las baterías de fosfato de hierro y litio también se utilizan ampliamente en el ámbito militar gracias a su larga vida útil, seguridad, rendimiento a bajas temperaturas y otras ventajas. El 10 de octubre de 2018, una empresa de baterías de Shandong tuvo una destacada presencia en la primera Exposición de Innovación Tecnológica de Integración Militar-Civil de Qingdao, donde exhibió productos militares, incluyendo baterías militares de temperatura ultrabaja de -45 °C.