LIFEPO4 на замену свинцовым АКБ

• Преимущества LiFePO4 в сравнении со свинцово-кислотными АКБ
• Почему LiFePO4 лучше, чем Li-ion или LTO?
• Где используются АКБ LiFePO4

Хотя в развитии литиевых АКБ состоялся большой технологический прорыв, среди химических источников тока (ХИТ) самыми популярными до сих пор являются свинцово-кислотные аккумуляторы. Если взять все аккумуляторы в мире и сложить их энергию в Вт*ч, то в свинцовых окажется в десяток раз больше энергии, чем во вместе взятых Li-ion, LiFePO4 и LTO. Причина такого дисбаланса рынка — в низкой стоимости аккумуляторов со свинцом.

Но переплачивать за лучшие характеристики в некоторых сферах применения АКБ просто не является необходимостью. Например, задача стартерного аккумулятора для автомобиля заключается в выдаче большого тока в течение короткого времени. Разумеется, ёмкость, ресурс, вес аккумулятора в этом случае не имеют особой важности.

С развитием технологий и применением новых материалов производство более прогрессивных литиевых аккумуляторов удаётся сделать доступнее, тем самым расширяя горизонты их применения. 

Преимущества LiFePO4 в сравнении со свинцово-кислотными АКБ

В частности, литий-железо-фосфатные (LiFePO4) аккумуляторы могут стать полноценной заменой для уже устаревающих морально свинцовых батарей. Это обусловлено лучшими характеристиками и прогрессом в удешевлении производства.

• Литий-железо-фосфатные аккумуляторы имеют энергоёмкость в 4-10 раз больше, чем у свинцово-кислотного: 190-250 Вт•ч/кг в сопоставлении с 25-40 Вт•ч/кг.
• Отдают полную ёмкость, работая на токах разряда больших величин.
• Заряжаются током в 5 раз выше, чем свинцовые АКБ.
• Имеют меньший вес.
• Лучше переносят хронический недозаряд.
• Дольше в эксплуатации: количество циклов заряда-разряда в 10 раз больше.

Почему LiFePO4 лучше, чем Li-ion или LTO?

В сопоставлении с другими литиевыми аккумуляторами LiFePO4 демонстрирует ряд преимуществ. LTO проигрывает литий-железо-фосфатным аккумуляторам, так как его стоимость по-прежнему высока. А на фоне Li-ion батарей наглядно выявляются такие преимущества:

• Более широкий режим рабочих температур. Литий-ионные аккумуляторы не выдерживают мороза и экстремальной жары, LiFePO4 исправно работают в диапазоне -30…+55°C. 
• Больший ресурс эксплуатации. Аккумуляторы Li-ion «живут» без поломок 300-500 циклов полного заряда и разряда, их конкурент LiFePO4 выдерживает до 2000 циклов. Соответственно, и срок службы у железо-фосфатных моделей больше в 4-6 раз. 
• Стабильная подача напряжения в ходе всего разряда.
• Пожарная безопасность. При сильном повреждении элементов в батарее может выделяться тепло и идти дым, но, в отличие от литий-ионных аккумуляторов, они не воспламеняются.

Главный недостаток LiFePO4 в сравнении Li-ion — при равной массе их ёмкость меньше на 20%. Но это всё ещё многократно больший показатель емкости, чем у свинцовых батарей. Совокупность всех преимуществ создает все условия для того, чтобы литий-железо-фосфатные батареи заменили кислотно-свинцовые.

Где используются АКБ LiFePO4 

Снижение стоимости литий-железо-фосфатных аккумуляторов открывает перед ними всё новые области применения, в которых до этого экономически выгодными были исключительно свинцово-кислотные.

Водный транспорт 

Аккумуляторы в маломерных суднах применяются в двух вариантах:

1. Для питания электромотора основного, если лодка небольшая;
2. На крупных и средних моторных лодках — для бортовой сети и вспомогательных моторов.

Чем меньше лодка, тем нагляднее преимущества LiFePO4: прежде всего, малый вес батареи по сравнению со свинцовыми. Сохраняя разумный вес и габариты АКБ, можно нарастить запас хода в несколько раз. Кроме того, литиевому аккумулятору не страшен глубокий разряд, тогда как каждый такой случай со свинцово-кислотной АКБ отнимает от её паспортной ёмкости 2-3%. То есть всего за 10 прецедентов аккумулятор безвозвратно потеряет треть ёмкости. Уже на уровне заряда 25-30% приходится выбирать: перестать использовать мотор и грести веслами, или же продолжить движение на электромоторе, но подвергать батарею деградации. С литиевыми АКБ такого не происходит.

На лодках покрупнее масса АКБ уже не имеет рокового значения, но ресурс батареи и устойчивость к глубокому разряду имеют большое значение. На многих крупных лодках есть вспомогательные моторы для того, чтобы удерживать судно против волн на одной заданной точке. Также они используются для тихого хода.

Активная эксплуатация лодки на тяге вспомогательного мотора его аккумуляторы повергаются постоянной зарядке и разрядке. Учитывая, что у свинцовых АКБ ресурс исчисляется всего 200 циклами, они категорически не подходят для такой задачи. В идеале подойдут батареи LTO с фантастическим ресурсом в 20000 циклов, но они стоят дорого — соответственно своим качествам. LiFePO4, выдерживающие 2000 циклов, станут оптимальным решением в соотношении финансов и параметров. Обзор лучших лодочных аккумуляторов представлен в этой статье.

Рабочая техника: штаблеры, погрузчики, поломоечные машины 

Для поломоечных машин, рабочей, строительной, погрузочной техники, потребляющей большие токи, важен максимальный долговременный ток во время разряда аккумулятора. Под нагрузкой не должно происходить существенных просадок по напряжению. Аккумуляторы LiFePO4 соответствуют этому ожиданию: напряжение остаётся стабильным в течение всего цикла разрядки, просадки минимальные.

Полезен в этих целях и большой ресурс литий-железо-фосфатной батареи, поскольку техника подобного рода эксплуатируется ежедневно. 

Электротранспорт 

Нишу электротранспорта уже заняли литий-ионные аккумуляторы, выборов это право благодаря своему выгодному соотношению массы, емкости и объема. Li-ion применяют в электрокарах, электробайках, самокатах, велосипедах, мопедах и других колесных гаджетах с электрическим мотором. Но этот типа аккумулятора не работает в мороз, что накладывает ограничения в использовании. Если в электромобилях проблему можно решить, организовав встроенный обогрев батареи аккумулятора, то в других случаях проще найти альтернативный химический источник тока.

Как раз свинцовые и LiFePO4 АКБ подходят на роль такой альтернативы, ведь они легко выдерживают температуру ниже нуля. По соотношению емкости, габаритов и веса LiFePO4 уступают только литий-ионным аккумуляторам, оставляя свинцовые далеко позади. 

Из всего этого следует вывод: кислотно-свинцовые АКБ морально устаревают, оставляя за собой единственное преимущество — доступную цену. Но прогресс в производстве литиевых батарей вскоре позволит конкурентам сравняться и в этом аспекте.