Що таке літій-залізо-фосфатні батареї?

Технологія літій-залізо-фосфатних батарей (LiFePO₄ або LFP) сьогодні щільно входить у наше життя. Вони довговічніші, безпечніші та екологічніші за літієві аналоги. Сьогодні ці батареї ставлять у портативні електростанції, домашні накопичувачі енергії і навіть електромобілі. LFP-елементи вже зараз пропонують вирішення багатьох проблем сучасних АКБ. Їхній секрет криється в унікальній кристалічній структурі.

Які переваги LFP-батарей?

У катодах літій-іонних акумуляторів використовуються оксиди кобальту, нікелю або марганцю (NMC). А в LFP-батареях ці рідкісні метали замінили на доступні залізо і фосфат. Разом вони утворюють стійку структуру під назвою “олівін”. Вона стабільно утримує іони літію на своїх місцях під час циклів заряджання і розряджання. Оскільки ці осередки не деформуються під час взаємодії з іонами, вони не схильні до фізичного зносу, який з часом руйнує катоди в NMC-акумуляторах. Крім того, фосфатні зв’язки неймовірно міцні. Завдяки цьому матеріал має природну стійкість до високих температур і не виділяє кисень під час перегріву, що запобігає ланцюговій реакції, яка призводить до загоряння в літій-іонних батареях.

Наскільки довше служать LFP-батареї?

Всі ці особливості хімії безпосередньо впливають на циклічний ресурс — кількість повних циклів зарядки-розрядки до того, як ємність впаде до 80%. І тут LFP-батареї лідирують. Тоді як літієві АКБ зазвичай витримують від кількох сотень до 2000 циклів, якісна LFP-осередком легко долає позначку в 3000 циклів, а деякі зразки доходять і до 5000-6000. Якщо заряджати такий акумулятор щодня, він прослужить не менше 10 років, перш ніж почне проявляти ознаки зносу.

Де застосовуються LFP-батареї?

Звичайно, у технології є і свої компроміси. LFP-варіанти трохи важчі та об’ємніші за літій-іонні, а отже гірше підходять для компактних пристроїв на кшталт смартфонів. Крім того, без вбудованих систем підігріву вони погано працюють при негативних температурах. Однак для галузей, де в пріоритеті довговічність і безпека, ці мінуси прийнятні. Саме тому LFP-акумулятори стали стандартом де-факто в таких галузях:

• Портативні зарядні станції: Більшість сучасних повербанків великої ємності (наприклад, від EcoFlow, Bluetti, Anker) використовують саме елементи LiFePO₄.
• Домашні системи зберігання енергії: Вони підходять для накопичення енергії від сонячних панелей і забезпечення резервного живлення для дому.
• Електротранспорт: Дедалі більше автовиробників, включно з Tesla (у базових моделях), BYD і Ford, переходять на LFP-батареї через їхню надійність і знижену ціну.
• Промислові накопичувачі: Великі акумуляторні станції для стабілізації електромереж також все частіше будуються на основі LFP-технології.

Раніше Фокус писав, які зарядні станції для гаджетів купити в Україні на випадок блекаутів. Напередодні зими питання автономного енергопостачання знову актуальне. Портативні електростанції — це надійне рішення, щоб живити побутові прилади і залишатися на зв’язку під час відключень світла.

Вчені з Кембриджського університету зробили відкриття, яке може змінити спосіб виробництва сонячних панелей у майбутньому.

Фізики давно стверджують, що прості органічні матеріали не здатні збирати світло, тому для збирання світла віддають перевагу неорганічним матеріалам, таким як оксиди металів. Однак вчені з Кембриджа виявили, що органічна напівпровідникова молекула P3TTM здатна на це. Ба більше, P3TTM може призвести до створення простіших і легших сонячних панелей, що складаються з одного матеріалу.

Вчені виявили, що цей органічний матеріал здатний збирати світло завдяки одному електрону, що знаходиться в його ядрі. Цей неспарений електрон зумовлює магнітні та електронні властивості P3TTM, що означає, що під час щільного розміщення декількох молекул P3TTM неспарені електрони поперемінно шикуються вгору і вниз. “Це справжнє диво. Поглинаючи світло, один із цих електронів перескакує на свого найближчого сусіда, створюючи позитивні та негативні заряди, які можна витягти, щоб створити фотострум (електрику)”, — сказали дослідники.

Як працює новий матеріал?

Це вирівнювання вгору і вниз, що чергується, є відмінною рисою ефекту Мотта-Габбарда, явища у фізиці конденсованого стану, яке дослідники раніше спостерігали тільки в неорганічних складних оксидах металів.

Щоб фізично продемонструвати, як це працюватиме в реальних умовах, дослідники використали плівку молекули P3TTM для розробки сонячного елемента. Під час потрапляння світла на елемент вони виявили вражаючу швидкість перетворення: майже всі поглинені фотони перетворювалися на електрику.

Які переваги нових сонячних панелей?

Можливість використання одного матеріалу для сонячних панелей зробить їх значно легшими та дешевшими за наявні моделі. Це значно здешевить впровадження сонячної енергії для окремих осіб і міст, заощадивши їм гроші як на початковому етапі, так і в довгостроковій перспективі, а також стабілізуючи місцеві енергомережі.

Більш легкі та недорогі сонячні панелі зроблять значний внесок у досягнення глобальної мети диверсифікації джерел чистої енергії для зниження забруднення довкілля, а завдяки значному зниженню рівня забруднення довкілля населення стикатиметься зі значно меншою кількістю проблем зі здоров’ям.

Раніше ми писали, що мільйони фотоелементів не замінять нафту і вугілля. Розрахунки Енергетичного інституту показують, що поновлювані джерела енергії лише допомагають задовольнити зростаючий попит на енергію, а не замінюють викопне паливо.