Tập đoàn CATL của Trung Quốc vừa công bố sản phẩm mới, hệ thống pin xe điện họ gọi là “pin lithium ion phosphate (LFP) sạc siêu nhanh đầu tiên trên thế giới.” Khi sạc đầy, hệ thống pin này cho phép xe điện chạy quãng đường tối đa 700km, tối ưu cả khả năng vận hành trong điều kiện nhiệt độ âm 10 độ C ở các quốc gia khí hậu lạnh. Tại sự kiện giới thiệu công nghệ pin mới, CATL đưa ra những thông số bao gồm sạc 30 phút đầy 80% pin, sạc 10 phút xe chạy được 400km.
Để pin có thể sạc với tốc độ 4C, CATL đã phải thiết kế vật liệu điện cực dương bằng tinh thể nano lithium iron phosphate, tạo ra một mạng lưới siêu tích điện, từ đó tạo ra điều kiện thuận lợi cho việc trích xuất ion lithium, giúp tốc độ sạc pin nhanh hơn.
Những đột phá kể trên hứa hẹn giải quyết được những giới hạn của công nghệ pin LFP. Công nghệ pin này dù rẻ và bền, nhưng có những nhược điểm là mật độ lưu trữ năng lượng thấp, và công suất pin bị ảnh hưởng trong điều kiện thời tiết lạnh.
Sở dĩ phải đề cập tới CATL và sản phẩm mới của họ, là vì hiện tại họ chính là nhà sản xuất pin xe điện lớn nhất thế giới, bán cả sản phẩm thương mại lẫn bản quyền công nghệ sản xuất cho những cái tên quen thuộc hơn rất nhiều trong làng ô tô, như BMW, Daimler, Honda, Tesla hay Volkswagen.
Khi sử dụng các nguồn năng lượng để chạy các thành phần nhúng, việc lắp một bộ pin mới không phải lúc nào cũng đơn giản. Các công nghệ mới hơn, từ điện thoại thông minh, xe điện đến dụng cụ điện cầm tay, đều yêu cầu pin có thể chứa một lượng năng lượng đáng kể, đủ nhẹ để mang theo hoặc di chuyển và an toàn cho người dùng. Pin lithium mang lại tất cả những lợi ích này cho thiết bị điện tử di động, xe cộ, thiết bị y tế và thậm chí cả lưu trữ năng lượng lưới điện.
Lithium-ion và Lithium iron phosphate là hai loại pin được sử dụng trong thiết bị điện tử cầm tay ngày nay. Mặc dù cả hai đều có một số điểm tương đồng, nhưng có những khác biệt lớn về mật độ năng lượng cao, vòng đời dài và độ an toàn. Hầu hết mọi người đều quen thuộc với lithium-ion vì rất có thể họ sở hữu điện thoại thông minh, máy tính bảng hoặc PC. Lithium iron phosphate là một loại pin mới hơn được công nhận trong các ngành sản xuất nhờ vật liệu tiết kiệm chi phí và tính ổn định với nhiệt độ cao.
Tải xuống sách điện tử miễn phí: Thiết kế bộ pin với hóa chất lithium-Ion
Hóa Chất Của Lithium Sắt Phosphate Và Lithium-Ion
Tốc độ sạc và xả của pin được điều chỉnh bởi tốc độ C. Dung lượng của pin thường được đánh giá ở mức 1C, nghĩa là pin được sạc đầy ở mức 1Ah sẽ cung cấp 1A trong một giờ. Cùng một loại pin xả ở 0,5C sẽ cung cấp 500mA trong hai giờ và ở 2C, nó cung cấp 2A trong 30 phút.
Liti-Ion
Lithium-ion có thể bao gồm hai hóa chất khác nhau cho cực âm, lithium mangan oxit hoặc lithium coban dioxide, vì cả hai đều có cực dương bằng than chì. Nó có năng lượng cụ thể là 150/200 watt-giờ mỗi kg và điện áp danh định là 3,6V. Tốc độ sạc của nó là từ 0,7C đến 1,0C vì mức sạc cao hơn có thể làm hỏng đáng kể pin. Lithium-ion có tốc độ phóng điện là 1C.
Chất Của Lithium Sắt Phosphate Và Lithium-Ion
Tốc độ sạc và xả của pin được điều chỉnh bởi tốc độ C. Dung lượng của pin thường được đánh giá ở mức 1C, nghĩa là pin được sạc đầy ở mức 1Ah sẽ cung cấp 1A trong một giờ. Cùng một loại pin xả ở 0,5C sẽ cung cấp 500mA trong hai giờ và ở 2C, nó cung cấp 2A trong 30 phút.
Liti-Ion
Lithium-ion có thể bao gồm hai hóa chất khác nhau cho cực âm, lithium mangan oxit hoặc lithium coban dioxide, vì cả hai đều có cực dương bằng than chì. Nó có năng lượng cụ thể là 150/200 watt-giờ mỗi kg và điện áp danh định là 3,6V. Tốc độ sạc của nó là từ 0,7C đến 1,0C vì mức sạc cao hơn có thể làm hỏng đáng kể pin. Lithium-ion có tốc độ phóng điện là 1C.
Ví dụ về tế bào pin Lithium-Ion
Ví dụ về tế bào pin lithium-ion.
Liti Sắt Phốt phát (LiFePO4)
Liti sắt photphat có cực âm bằng sắt photphat và cực dương bằng than chì. Nó có năng lượng cụ thể là 90/120 watt-giờ trên mỗi kilogam và điện áp danh định là 3,20V hoặc 3,30V. Tốc độ sạc của lithium iron phosphate là 1C và tốc độ xả là 1-25C.
Ví dụ về tế bào pin Lithium Iron Phosphate
Ví dụ về tế bào pin lithium iron phosphate.
Sự Khác Biệt Về Mức Năng Lượng Là Gì?
Có sự khác biệt đáng kể về năng lượng khi so sánh lithium-ion và lithium iron phosphate. Lithium-ion có mật độ năng lượng cao hơn ở mức 150/200 Wh/kg so với lithium iron phosphate ở mức 90/120 Wh/kg. Vì vậy, lithium-ion thường là nguồn cung cấp cho các thiết bị điện tử ngốn điện làm tiêu hao pin ở tốc độ cao.
Mặt khác, tốc độ phóng điện của lithium iron phosphate vượt trội so với lithium-ion. Ở 25C, pin lithium iron phosphate có khả năng phóng điện tuyệt vời khi ở nhiệt độ cao hơn. Tốc độ xả không làm suy giảm đáng kể pin lithium iron phosphate khi dung lượng giảm.
Sự Khác Biệt Về Vòng Đời
Lithium iron phosphate có vòng đời 1.000-10.000 chu kỳ. Những pin này có thể xử lý nhiệt độ cao với sự xuống cấp tối thiểu. Chúng có tuổi thọ cao đối với các ứng dụng có hệ thống nhúng hoặc cần chạy trong thời gian dài trước khi cần phải sạc.
Đối với lithium-ion, mật độ năng lượng cao hơn khiến nó không ổn định hơn, đặc biệt là khi xử lý môi trường có nhiệt độ hoạt động cao hơn. Nó có vòng đời từ 500-1.000 chu kỳ vì nó có thể bị tác động tiêu cực dựa trên nhiệt độ hoạt động của thiết bị điện tử hoặc các bộ phận làm việc.
Lợi Ích Lưu Trữ Dài Hạn
Khi cất giữ pin chưa sử dụng, điều quan trọng là phải chọn loại hóa chất không bị mất điện tích trong thời gian dài. Thay vào đó, pin sẽ cho hiệu suất sạc gần bằng khi được sử dụng trong hơn một năm. Cả lithium iron phosphate và lithium ion đều có lợi ích tốt trong việc lưu trữ lâu dài. Lithium iron phosphate có thể được lưu trữ lâu hơn vì nó có thời hạn sử dụng 350 ngày. Đối với lithium-ion, thời hạn sử dụng là khoảng 300 ngày.
Ưu Điểm An Toàn Của Lithium Iron Phosphate
Các nhà sản xuất trong các ngành chuyển sang sử dụng phốt phát sắt lithium cho các ứng dụng mà yếu tố an toàn là yếu tố hàng đầu. Lithium iron phosphate có tính ổn định nhiệt và hóa học tuyệt vời. Pin này vẫn mát ở nhiệt độ cao hơn. Nó cũng không cháy được khi xử lý không đúng cách trong quá trình sạc và xả nhanh hoặc khi có sự cố đoản mạch. Lithium sắt phốt phát thường không xảy ra hiện tượng thoát nhiệt, vì cực âm phốt phát sẽ không cháy hoặc phát nổ trong quá trình sạc quá mức hoặc quá nóng vì pin vẫn mát.
Tuy nhiên, tính chất hóa học của lithium-ion không có những ưu điểm an toàn như lithium iron phosphate. Mật độ năng lượng cao của nó có nhược điểm là khiến pin không ổn định. Nó nóng lên nhanh hơn trong khi sạc vì pin lithium-ion có thể bị thoát nhiệt.
Một ưu điểm an toàn khác của lithium iron phosphate liên quan đến việc thải bỏ pin sau khi sử dụng hoặc hỏng hóc. Pin lithium-ion được làm bằng hóa chất lithium coban dioxide được coi là vật liệu nguy hiểm vì nó có thể gây ra phản ứng dị ứng cho mắt và da khi tiếp xúc. Nó cũng có thể gây ra các vấn đề y tế nghiêm trọng khi nuốt phải. Vì vậy, cần phải cân nhắc xử lý đặc biệt đối với lithium-ion. Mặt khác, lithium iron phosphate không độc hại và có thể được các nhà sản xuất xử lý dễ dàng hơn.
Các Ứng Dụng Cho Lithium Iron Phosphate Và Lithium-Ion
Liti sắt photphat được tìm kiếm cho bất kỳ thiết bị điện tử hoặc máy móc nào mong muốn có độ an toàn và tuổi thọ cao nhưng không cần mật độ năng lượng quá cao. Động cơ điện cho xe cộ, thiết bị y tế và các ứng dụng quân sự mà công nghệ sẽ phải chịu nhiệt độ môi trường cao hơn. Lithium iron phosphate cũng lý tưởng cho các ứng dụng tĩnh hơn vì pin nặng hơn một chút cũng như cồng kềnh hơn lithium-ion, mặc dù nó có thể được sử dụng trong một số công nghệ di động.
Lithium iron phosphate có thể không được chọn cho các ứng dụng mà tính di động là yếu tố chính do trọng lượng tăng thêm của nó. Đối với điện thoại thông minh, máy tính xách tay và thiết bị máy tính bảng, pin lithium-ion được sử dụng. Bất kỳ thiết bị năng lượng cao nào cần hiệu suất tốt nhất trong ngày đầu tiên đều có thể hưởng lợi từ hóa chất có trong pin lithium-ion.
Bên cạnh việc tìm kiếm các nguồn năng lượng phù hợp dựa trên tính di động, an toàn và mật độ năng lượng, các nhà sản xuất cũng phải xem xét chi phí trong quá trình sản xuất thiết bị điện tử cũng như trong quá trình thải bỏ. Nhiều nhà sản xuất sẽ chọn lithium iron phosphate làm pin thay thế rẻ hơn. Pin có chi phí thấp hơn do hóa chất sắt phốt phát an toàn hơn vì các nhà sản xuất không phải tốn nhiều tiền hơn để tái chế vật liệu.
Tải xuống miễn phí: Khi nào nên sử dụng các thiết kế bộ pin có sẵn so với các thiết kế bộ pin tùy chỉnh
Lithium Mang Lại Nhiều Lợi Ích
Những tiến bộ trong công nghệ pin đã đặt hóa chất lithium lên hàng đầu để trở thành nguồn năng lượng tốt nhất cho các thiết bị sử dụng năng lượng cao có thể mang theo được. Thời hạn sử dụng dài và lợi ích trong việc cung cấp nguồn điện liên tục trong thời gian dài là lý do tại sao cả lithium-ion và lithium iron phosphate đều là những lựa chọn thay thế đáng tin cậy.
Hiện tại, pin lithium vẫn ở mức đắt đỏ khi so sánh với pin niken hydride kim loại và niken cadmium . Tuy nhiên, tuổi thọ lâu dài của pin lithium có thể cân bằng chi phí cao ban đầu. Đối với các nhà sản xuất đang cố gắng quyết định xem lithium-ion hay lithium iron phosphate sẽ là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng, hãy xem xét các yếu tố chính sau:
Mật độ năng lượng cao nhất: lithium-ion
Mật độ năng lượng tốt và vòng đời: lithium iron phosphate
Hóa chất ổn định và hóa học nhiệt: lithium iron phosphate
Không thoát nhiệt và an toàn khi được sạc đầy: lithium iron phosphate
Đặc tính di động và trọng lượng nhẹ: lithium-ion
Tuổi thọ cao: lithium iron phosphate và lithium-ion
Chi phí thấp: lithium iron phosphate
Ngoài ra, hãy xem xét nghiêm túc môi trường vận hành cũng như bất kỳ vấn đề rung động nào có thể gặp phải. Những trường hợp này có thể ảnh hưởng đến lựa chọn của nhà sản xuất vì tính ổn định hóa học mà lithium iron phosphate mang lại vượt trội hơn so với lithium-ion
Theo NewAtlas
Tổng hơp Từ Internet
Comments