تحليل ”أوجه القصور“ في بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم

في مجال البطاريات، أصبحت بطاريات فوسفات حديد الليثيوم خيارًا شائعًا في يوم من الأيام نظرًا لمزاياها العديدة. ومع ذلك، تمامًا مثل وجهي العملة، فإن لها أيضًا بعض أوجه القصور التي لا يمكن إنكارها.

1- أداء ضعيف في درجات الحرارة المنخفضة

عندما تكون في بيئة ذات درجة حرارة منخفضة، يكون أداء بطاريات الليثيوم الحديدية مقلقًا حقًا. هناك بيانات دقيقة تُظهر أنه عندما تنخفض درجة الحرارة المحيطة إلى -10 درجة مئوية، فإن قدرتها تضعف بنسبة 40 - 50%. وعندما تصل درجة الحرارة إلى -20 درجة مئوية، قد تفقد البطارية قدرتها على التفريغ تمامًا. والسبب الرئيسي وراء ذلك هو أن مادة القطب الموجب، وهي فوسفات حديد الليثيوم الفوسفاتي، لديها موصلية ضعيفة نسبيًا وعرضة للاستقطاب، مما يؤدي إلى توهين السعة. وفي الوقت نفسه، تزداد لزوجة الإلكتروليت الداخلي في درجات الحرارة المنخفضة، وتزداد مقاومة هجرة أيونات الليثيوم وتتباطأ سرعة الانتشار، مما يقلل بشكل كبير من نشاط البطارية. بالإضافة إلى ذلك، في بيئة منخفضة الحرارة، سيصبح فيلم SEI على القطب السالب أكثر سمكًا أيضًا، وستزداد المعاوقة، وسيزداد معدل توصيل أيونات الليثيوم بين أغشية SEI بشكل كبير. في الوقت الحالي، من أجل التخفيف من حدة هذه المشكلة، يمكن لشركات صناعة السيارات الكبرى فقط تركيب أنظمة إدارة درجة حرارة البطارية وتوفير وظائف التسخين في درجات الحرارة المنخفضة لتقليل تأثير توهين السعة.

2- كثافة طاقة منخفضة

وفي إطار السعي لتحقيق كثافة طاقة عالية، تبدو بطاريات الليثيوم الحديدية ضعيفة بعض الشيء في هذا الصدد. عندما يتم الوصول إلى كثافة طاقة معينة، يكون حجم بطاريتها ووزنها كبيرين نسبيًا. على سبيل المثال، عندما تصل كثافة الطاقة إلى 150 وات/كجم، يكون حجم بطاريتها ووزنها أكثر بروزًا. وتحت نفس الوزن والحجم، تكون سعتها منخفضة نسبيًا. بالمقارنة مع الأنواع الأخرى من البطاريات، تبلغ كثافة طاقتها 3 - 4 أضعاف بطاريات الرصاص الحمضية فقط، و2.5 ضعف بطاريات النيكل والكادميوم، و1.8 ضعف بطاريات هيدريد النيكل المعدني. وبالمقارنة مع بعض البطاريات عالية الأداء، فإن كثافة طاقة بطاريات الليثيوم الحديدية لا يزال هناك مجال كبير للتحسين.

3. عمر البطارية قصير

على الرغم من أن عمر بطارية فوسفات حديد الليثيوم الواحدة طويل نسبيًا، حيث يصل إلى حوالي 2000 دورة، إلا أن عمر حزمة البطارية يبلغ بشكل عام حوالي 500 دورة فقط، وهو أقل بكثير من عمر البطارية الواحدة. بالمقارنة مع البطاريات الأخرى، لا تتمتع حزم بطاريات فوسفات حديد الليثيوم بمزايا واضحة من حيث العمر الافتراضي. في سوق السلع المستعملة، يمكننا أن نرى عددًا كبيرًا من حزم البطاريات التي يتم التخلص منها قبل بلوغ العمر المتوقع.

4- ارتفاع تكلفة الإنتاج

تكلفة إنتاج بطاريات الليثيوم الحديدية مرتفعة نسبيًا، سواء كانت تكلفة تحضير المواد أو تكلفة تصنيع البطارية. إذا أخذنا بطارية الليثيوم الشائعة المصنوعة من النيكل والكوبالت والمنغنيز كمثال، فإن أسعار النيكل والكوبالت في المواد الخام الرئيسية مرتفعة نسبيًا، وهاتان المادتان تستخدمان قليلًا جدًا أو لا تستخدمان على الإطلاق في بطاريات الليثيوم الحديدية، لكن التكلفة الإجمالية لبطاريات الليثيوم الحديدية ليست منخفضة. فتكلفة شراء المواد الخام بالإضافة إلى تكلفة تحضير البطارية المرتفعة نسبيًا تجعل تكلفة وحدة تخزين الطاقة مرتفعة نسبيًا. وبالإضافة إلى ذلك، هناك أيضًا نزاعات على براءات الاختراع حول إنتاج فوسفات حديد الليثيوم في الخارج، مما يزيد بلا شك من التكلفة.

5- أداء العملية غير المستقر

تعاني بطاريات فوسفات حديد الليثيوم من مشاكل ضعف الاتساق. فعمر حزمة البطارية أقل بكثير من عمر البطارية الواحدة، وأداء البطارية في درجات الحرارة المنخفضة ليس جيداً. عندما تكون درجة الحرارة أقل من 0 درجة مئوية، تنخفض السعة بسرعة، ويكون أداء الدورة ضعيفًا للغاية في درجات الحرارة المنخفضة. وفي الوقت نفسه، تكون الموصلية ضعيفة، وسرعة انتشار أيونات الليثيوم بطيئة، وتكون السعة الفعلية المحددة منخفضة أثناء الشحن والتفريغ بمعدلات عالية. في عملية التلبيد لتحضير فوسفات حديد الليثيوم الفوسفاتي، يمكن أن يختزل أكسيد الحديد إلى عنصر الحديد في جو مختزل بدرجة حرارة عالية، ويمكن أن يسبب الحديد العنصري قصورًا دقيقًا في البطارية، وهو أكثر المواد المحظورة في البطاريات. وبالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أن التحويل النانوي والطلاء الكربوني لفوسفات حديد الليثيوم يحسن الأداء الكهروكيميائي للمادة، إلا أنه يجلب أيضًا مشاكل أخرى، مثل انخفاض كثافة الطاقة، وزيادة تكلفة التركيب، وضعف أداء معالجة القطب الكهربائي، والمتطلبات البيئية الصارمة.

على الرغم من أن بطاريات حديد الليثيوم بها أوجه القصور هذه، إلا أن لها أيضًا العديد من المزايا. أولاً، تتمتع بطاريات فوسفات حديد الليثيوم بسلامة جيدة. فهي تتمتع بثبات عالٍ في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة وليست عرضة للمواقف الخطرة مثل الاحتراق والانفجار. ثانياً، لها دورة حياة طويلة. يمكن أن تصل دورة البطارية الواحدة إلى حوالي 2000 دورة، وهو ما يمكن أن يلبي احتياجات معظم سيناريوهات التطبيقات. علاوة على ذلك، فإن بطاريات فوسفات حديد الليثيوم صديقة للبيئة وغير سامة وصديقة للبيئة.

تتمتع بطاريات هويجو من حديد الليثيوم أيضًا بمكانة فريدة في الصناعة. وتلتزم شركة Huijue بالبحث والتطوير وإنتاج بطاريات الليثيوم الحديدية، وتعمل باستمرار على تحسين أداء وجودة المنتجات. تعتمد بطاريات الليثيوم الحديدية الخاصة بها عمليات وتقنيات إنتاج متقدمة، وتؤدي أداءً متميزًا من حيث السلامة ودورة الحياة. تولي شركة Huijue اهتمامًا باستقرار المنتجات واتساقها. ومن خلال نظام صارم لمراقبة الجودة، تضمن أن تصل كل بطارية إلى معيار عالي الجودة. وفي الوقت نفسه، تعمل Huijue أيضًا بنشاط على استكشاف طرق لخفض التكاليف لتحسين القدرة التنافسية للمنتجات في السوق. في المستقبل، يُعتقد أن بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم من Huijue ستلعب دورًا أكبر في مجال الطاقة الجديدة.

وخلاصة القول، على الرغم من أن بطاريات حديد الليثيوم تعمل بشكل جيد في بعض الجوانب، إلا أن هذه العيوب تحد أيضًا من تطبيقها في بعض المجالات المحددة. في المستقبل، ومع التقدم المستمر للتكنولوجيا، نتطلع إلى حل هذه المشاكل بفعالية حتى تتمكن بطاريات فوسفات حديد الليثيوم من تحقيق إمكانات أكبر.