Một vài chia sẻ về pin xe điện và cảm hứng về công nghệ pin tương lai LiFePo4 Battery

Trong các dòng pin hiện tại sử dụng tốt cho xe điện, đáng đế nhắc tới nhất là dòng pin Lithium. Theo hiểu biết của mình thì 3 người anh em được coi là sự nâng cấp cải tiến của nhau. Dưới đây là sơ bộ về chúng :

1.      Pin Lithium lion đã có thời gian phát triển khá lâu để người dùng có thể trải nghiệm rộng rãi trong lĩnh vực năng lượng di động. Chúng sử dụng điện cực dương (lithium cobalt oxide, lithium sắt photphat hoặc lithium mangan oxit), điện cực âm (thường là chì) và chất điện phân (ethylene carbonate, diethyl cacbonat). Các điện được lưu trữ trong các dung môi hữu cơ giữa các điện cực. Toàn bộ pin được ràng buộc chặt chẽ bởi các vỏ bọc kim loại (chính điều này đã làm pin lithium khó tùy biến theo hình dạng khác nhau và nặng hơn đến 20% so vơi pin Lipo ) để an toàn pin lithium luôn được tích hợp 1 vi mạch bảo vệ.

        Pin LIPO ( Lithium Polymer) Về cơ bản thành phần hóa học bên trong cũng gần giống như các tế bào Li-Ion thông thường nhưng lại là 1 sự cải tiến công nghệ với những đặc điểm ưu việt – Pin LiPo yêu cầu sự chăm sóc đặc biệt và phù hợp nếu bạn muốn kéo dài tuổi thọ hơn các Pin công nghệ khác. Sạc, Xả và lưu trữ tất cả đều ảnh hưởng đến tuổi thọ của Pin, sai quy tắc hoặc sơ suất có thể làm hỏng Pin và cũng có chung đặc điểm của dòng pin Lithium để tăng mức độ an toàn nó luôn được tích hợp 1 vi mạch bảo vệ.

3.      Pin lithium -Iron  là 1 công nghệ pin mới vượt trội tên đầy đủ Lithium iron phosphate gọi tắt (là Lithium -iron LiFePO4) được nghiên cứu  năm 1997 và hiện nay đã phát triển với những ưu điểm vượt trội so như độ bền, chịu nhiệt và chu kỳ lên đến 3000/lần sạc , mức độ an toàn cao tuy nhiên điện áp danh đinh thông dụng nhất thường là 3.2V.

Hiện tại ở thị trường Pin LiFePO4  đã được sử dụng phổ biết nhất tuy nhiên lĩnh vực ứng dụng nhiều hiện tại vần là ở các thiết bị điện tự đặc trưng là điện thoại Smartphone. Còn trong lĩnh vực xe điện công nghệ pin phổ biến vẫn là Pin LIPO. Chính vì thế, cá nhân mình nhận định thì LiFePO4 sẽ là công nghệ pin ứng dụng phổ biến tương lai của xe điện. Hôm nay, mình xin đi sâu thêm 1 chút hiểu biết về công nghệ thú vị tạo cho mình sự hứng thú này.

PIN LiFePO4 (Pin Lithium – Iron)

Nó được coi là lithium dẫn đầu bảng trong hầu hết các loại pin hiện nay (ít nguy cơ cháy) và có tuổi thọ hợp lý, chất lượng cao với thường hơn 3000 sạc điện. LiFePO4 ít độc hại môi trường (non-toxicity), độ sẵn có của nguyên liệu sắt trong tự nhiên, độ ổn định nhiệt độ, độ an toàn, tính chất hóa điện cùng khả năng lưu điện (170 mA·h / g, hoặc 610 C / g) nên pin đã được một số thị trường như quân sự, điện tử ... nhanh chóng chấp nhận. Rào cản chủ yếu cho việc thương mại hóa sản phẩm là khả năng dẫn điện thấp. Điều này khắc phục bằng cách giảm kích thước hạt, phủ hạt LiFePO4 với chất dẫn điện như các bon. Phương pháp này được phát triển bởi Michel Armand và đồng nghiệp. Một phương pháp khác thực hiện bởi nhóm Yet Ming ghép LPF với các ion dương của các vật liệu nhôm, niobi, và zirconi. Pin được sản xuất chủ yếu và sử dụng trong công nghiệp tại các hãng DeWalt Decker, Karma Fisker, Daimler AG, Cessna và BAE Systems.  Công nghệ phủ mới cho phép các ion di chuyển dễ dàng hơn trong Pin.  "Beltway Battery" sử dụng một công nghệ cho phép các ion lithium ra vào các điện cực với tốc độ lớn để có thể xạc đầy Pin trong một phút. Họ phát hiện ra rằng bằng cách phủ hạt lithium iron phosphate trong chất pyrophosphate lithium thủy tinh, các ion bỏ qua các kênh và di chuyển nhanh hơn so với các loại Pin khác. Khả năng nạp và phóng điện của Pin phụ thuộc vào tốc độ dịch chuyển các ion này.  Công nghệ như vậy làm giảm trọng lượng và kích thước của Pin. Một tế bào Pin mẫu này có thể nạp đầy từ 10-20 giây, so với 6 phút với các tế bào Pin tiêu chuẩn.

Ưu và Nhược điểm

Pin hoạt động như Pin nickel, Pin LiFePO4 có điện áp phóng ra không đổi. Điện áp phóng ra duy trì 3,2 V trong thời gian phóng cho đến khi Pin cạn kiệt. Pin cấp nguồn ổn định đầy đủ cho đến khi phải sạc lại. Đặc tính này làm đơn giản hóa hoặc không cần mạch điều chỉnh điện áp ra.

Điện áp danh định của một tế bào pin phổ biến là 3,2V (hiện tại trên thị trường có pin điện áp danh định khác như 3.7V,...) nên 4 tế bào sẽ tạo ra điện áp danh định là 12,8 V. Điện áp này tương đương điện áp danh định của Pin 6 tế báo chì-axit. Và cùng với đặc điểm độ an toàn cao nên nó dùng thay thế cho Pin axit chì trong nhiều ứng dụng như ô tô và năng lượng mặt trời, hệ thống nạp không bị ảnh hưởng khi điện áp nạp quá mức, không bù áp khi nhiệt độ thay đổi. 

Việc sử dụng phốtphát tránh chi phí và sự nóng lên môi trường.

Pin LiFePO4 có dòng và công suất ổn đỉnh cao hơn Pin LIPO.Tế bào LiFePO4 bị suy thoái chậm hơn như Pin lithium-ion polymer (LiPo).

Nó phù hợp ứng dụng vào xe điện đặc biệt là ô-tô điện, để ứng dụng trong xe đạp điện và máy điện thì giá thành đang khá cao vì còn khan hiểm hàng và cần phải nhập nguyên liệu thô từ nước ngoài về để chế.

Độ an toàn

Một lợi thế quan trọng của chất lithium-ion là độ ổn định với nhiệt độ và hóa học, cải thiện độ an toàn của Pin. LiFePO4 là một vật liệu cathode an toàn hơn so với LiCoO2 và spinel mangan. Độ bám Fe-P-O là mạnh hơn so với Co-O, nên khi có sự cố (ngắn mạch, quá nóng, vv) các nguyên tử oxy rất khó bị thoát ra. Độ ổn định phản ứng oxi hóa khử cũng giúp ion di chuyển nhanh.

Không còn lithium ở cathode khi tế bào trong ngăn LiFePO4 khi sạc đầy, trong khi ngăn LiCoO2 vẫn còn tới 50% trong cathode. LiFePO4 rất bền trong quá mất oxy, mà thường dẫn đến phản ứng tỏa nhiệt với các ngăn lithium khác.

Kết quả là ngăn lithium iron phosphate rất khó bị đốt cháy (đặc biệt trong quá trình nạp) mặc dù quá trình nạp đầy luôn tỏa nhiệt. Vẫn có khả năng Pin bị hỏng do quá trình nạp không đúng cách. Tuy nhiên, Pin LiFePO4 không bị phá hủy ở nhiệt độ cao.

Đặc điểm kỹ thuật

Điên áp ngăn
        Điện áp phóng tối thiểu = 2,5 V
        Điện áp làm việc = 3,0 ~ 3,3 V
        Điện áp nạp tối đa = 3,65 V
    Mật độ năng lượng thể tích = 220 Wh / dm3 (790 kJ / dm3)
    Mật độ năng lượng khối lượng> 90 Wh / kg [15] (> 320 J / g)
    100% DOD cycle life (chu kì xả sâu - số chu kỳ đạt 80% công suất ban đầu) = 2,000-7,000
    10% DOD cycle life (chu kì xả sâu - số chu kỳ tới 80% công suất ban đầu)> 10.000
    Thành phần Cathode
        90% C-LiFePO4, tiêu chuẩn Phos-Dev-12
        5% carbon EBN-10-10 (graphite cao cấp)
        5% florua polyvinylidene (PVDF)
    Cấu tạo ngăn
        Carbon-coated aluminium current collector 15
        1,54 cm2 cathode
        Điện giải: ethylene carbonate-dimethyl carbonate (EC-DMC) 1-1 lithium perchlorate (LiClO4) 1M
        Anode: graphit hoặc carbon cứng với lithium kim loại xen kẽ.
    Điều kiện thí nghiệm:
        Nhiệt độ phòng
        Giới hạn điện áp: 2,0-3,65 V
        Nạp: Nạp tỷ tỷ lệ C/1 lên đến 3,6 V, sau đó duy trì điện áp ổn định ở 3,6 V đến I <C / 24

Sử dụng

Khả năng sạc nhanh và xả ổn định giúp cho việc tăng tốc, trọng lượng thấp và thời gian sống lâu nên Pin LiFePo4 lí tưởng sử dụng trong giao thông vận tải cho ô tô điện và và xe máy,đạp điện.

Trong hệ thống bảo vệ và năng lượng mặt trời, Pin LFP cũng sử dụng cho các hệ thống đèn an ninh năng lượng hồng ngoại. Pin tế bào LFP cỡ AA có công suất 600 mA⋅h, trong khi đèn LED hồng ngoại sử dụng công suất 60 mA, nên cho phép đèn hoạt động trong 10 giờ. Khi ở chế độ tự đồng kích hoạt thỉnh thoảng làm việc hệ thống đèn chỉ sử dụng công suất khoảng 1 mA.

Các ứng dụng trong quân sự

Các loại xe chạy điện yêu cầu tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao (đặc biệt trong quân sự) đều sử dụng pin LiFePO4. 

Thuốc lá điện tử cũng sử dụng loại pin này.

Các xe mô hình, thiết bị bay không người lái dùng pin này thay thế cho pin NiMh hoặc LiPo mà không cần điều chỉnh điện áp, khi dùng điện áp danh định 6,6 V thay thế cho điiện áp danh định 7.4 V của pin LiPo, cao hơn một chút với điện áp yêu cầu 6,0 V.

Chia sẻ lên Google+

Giới thiệu Unknown

Mô tả ngắn về người viết bài. Bạn chỉnh sửa bằng cách nhập vào "Thông tin " trong danh sách người dùng !