Việc tìm hiểu về các loại pin Lithium Sắt Phốt phát (LiFePO4), pin Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide (NCA), và pin Lithium Titanate (LTO) là một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực năng lượng và công nghệ hiện đại. Các loại pin này đều thuộc nhóm pin lithium-ion nhưng có những đặc điểm hóa học và tính năng khác nhau, phù hợp với từng mục đích sử dụng riêng biệt. Chúng có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất, độ bền, và an toàn của các thiết bị sử dụng pin, bao gồm cả xe điện, hệ thống lưu trữ năng lượng, và các ứng dụng điện tử khác. Nghiên cứu về ba loại pin này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về ưu và nhược điểm của từng loại, từ đó chọn lựa loại pin phù hợp nhất với nhu cầu sử dụng và góp phần thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ năng lượng bền vững.

4. Pin Lithium Sắt Phốt phát (LiFePO4):

Năm 1996, Đại học Texas và các cộng tác viên khác đó phát hiện ra chất phosphate làm vật liệu catot cho pin Lithi có thể sạc lại. Pin Li-phosphate mang lại hiệu năng điện hóa tốt với điện trở thấp. Điều này được thực hiện bằng vật liệu catot phosphate có kích thước nano. Các lợi ích chính là tốc độ dòng cao và tuổi thọ dài, bên cạnh đó là sự sự ổn định nhiệt tốt, tăng cường an toàn.

Pin Li-phosphat chịu được điều kiện đầy đủ và ít bị quá tải hơn các hệ thống Lithi-ion khác nếu giữ ở điện áp cao trong một thời gian dài. Là một sự cân bằng, điện áp danh định dưới 3.2V / cell làm giảm năng lượng riêng dưới mức Lithi-ion cobalt. Với hầu hết pin, nhiệt độ lạnh giảm hiệu suất và nhiệt độ cất cao làm giảm tuổi thọ, và pin Li-phosphate cũng không phải là ngoại lệ. pin Li-phosphate có lượng tự xả cao hơn các loại pin Li-ion khác, có thể gây ra sự cân bằng giữa lão hóa. Sự cẩn trọng trong sản xuất có tầm quan trọng đối với tuổi thọ. Độ ẩm gây ảnh hưởng không tốt đến pin vỡ vậy pin sẽ chỉ phân phối 50 chu kỳ. Hình tóm tắt các thuộc tính của pin Li-phosphate.

Tìm Hiểu Về Các Loại Pin Lithi-Ion - Phần 2 - EAC
Tóm tắt hiệu suất của pin Li-phosphate điển hình:

Pin Li-phosphate có độ an toàn và tuổi thọ cao nhưng năng lượng riêng vừa phải và sự tự xả cao. Pin Li-phosphate thường được sử dụng để thay thế pin chì khởi động. Bốn tế bào trong loạt sản xuất 12.80V, một điện áp tương tự tới sáu pin chì axit 2V trong chuỗi. Các phương tiện sạc chì axit đến 14.40V (2.40V / cell) và duy trì một quátrình sạc cao. Với bốn pin Li-phosphate liên tiếp, mỗi tế bào đều có điện áp 3,60 V, đây là điện áp đầy đủ cần thiết. Tại thời điểm này, quá trình sạc phải được ngắt kết nối nhưng một quá trình sạc vẫn tiếp tục trong khi lỏi xe. Pin Li-phosphate có khả năng chịu đựng được việc sạc quá mức; Tuy nhiên, giữ điện áp ở 14.40V trong một thời gian dài, như hầu hết các xe chạy trên một thời gian dài, có thể ảnh hưởng đến chất lượng pin Li-phosphate. Hoạt động của nhiệt độ lạnh bắt đầu cũng có thể là một vấn đề với Li-phosphate như một pin khởi động.

Bảng tóm tắt đặc tính của pin Lithium Iron Phosphate:

Lithium Iron Phosphate: LiFePO4 – catot, graphite – anot
Dạn rút gọn: LFP or Li-phosphate; Từ năm 1996
Điện áp3.20, 3.30V danh nghĩa; phạm vi hoạt động: 2.5–3.65V/cell
Năng lượng riêng90–120Wh/kg
Sạc (C-rate)1C, sạc tới to 3.65V; sạc trong 3 giờ
Xả (C-rate)1C, 25C trên một vài tế bào; 40A xung (2s); 2.50V sẽ cắt (thấp hơn 2V sẽ gây nguy hiểm)
Chu kỳ sạc-xả1000–2000 lần (liên quan đến xả sâu, nhiệt độ)
Thoát nhiệt270°C (518°F); rất an toàn khi được sạc đầy
Ứng dụngMáy di động và văn phòng cần dũng điện và độ bền cao
Đánh giáĐường cong xả điện áp rất phẳng nhưng công suất thấp. Một trong những loại pin Li-ion an toàn nhất. Được sử dụng cho các thị trường đặc biệt. Tự xả cao

5. Pin Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide (LiNiCoAlO2)

Pin Lithium niken cobalt nhôm oxide, hoặc NCA, đó được sử dụng từ năm 1999 cho các ứng dụng đặc biệt. Nó giống như NMC, cung cấp năng lượng riêng cao, công suất riêng cao và tuổi thọ dài. Hình1.23tóm tắt sáu đặc điểm chính. NCA là một sự phát triển hơn nữa của oxit Lithi nikel; cộng thêm nhôm đó cung cấp cho sự ổn định hóa học lớn hơn
Tìm Hiểu Về Các Loại Pin Lithi-Ion - Phần 2 - EAC
Tóm tắt hiệu suất của NCA

Mật độ năng lượng và công suất cao, cũng như tuổi thọ tốt, làm cho NCA trở thành ứng cử viên cho hệ thống truyền động EV. Chi phí cao và an toàn biên là những tiêu cực.

Bảng tóm tắt đặc tính của pin Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide

Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide: LiNiCoAlO2 – catot (~9% Co), graphite – anot
Dạng rút gọn: NCA or Li-aluminum. Từ năm 1999
Điện áp3.60V danh nghĩa; phạm vi hoạt động: 3.0–4.2V/cell
Năng lượng riêng200-260Wh/kg; 300Wh/kg có thể dự đoán
Sạc (C-rate)0.7C, Sạc đến 4.20V (hầu hết các tế bào), sạc trong 3 giờ, một số tế bào có thể sạc nhanh
Xả (C-rate)1C; 3.00V sẽ cắt; tốc độ xả cao sẽ làm giảm tuổi thọ pin.
Chu kỳ sạc-xả500 lần (liên quan đến xả sâu, nhiệt độ)
Thoát nhiệt150°C (302°F) typical, Quá trình sạc nhanh thúc đẩy sự thoát nhiệt.
Ứng dụngThiết bị y tế, công nghiệp, hệ thống truyền động điện
Đánh giáTính chất tương đồng với Li-cobalt. Phục vụ như tế bào năng lượng.

6. Pin Lithium Titanate (Li4Ti5O12)

Pin với anot bằng Lithium titanate đó được biết đến từ những năm 1980. Li-titanat thay thế graphite trong cực âm (anot) của pin Lithi-ion điển Hình và vật liệu tạo thành cấu trúc spinel. Các cực dương (catot) có thể là oxit mangan Lithi hoặc NMC. Pin Li-titanate có điện thế danh định là 2.40V, có thể được sạc nhanh và cung cấp dũng điện xả cao 10C, hoặc gấp 10 lần công suất định mức. Số lượng chu kỳ được cho là cao hơn so với Li-ion thông thường. Li-titanat an toàn, có đặc tính phóng điện cực tốt ở nhiệt độ thấp và đạt được công suất 80% ở -30°C (-22°F). Tuy nhiên, pin có giá thành đắt và ở 65Wh / kg có năng lượng riêng thấp. Pin Li-titanate sạc đến 2.80V / tế bào, và kết thúc xả là 1.80V / tế bào. Hình bên dưới minh họa các đặc tính của pin Li-titanate. Sử dụng điển Hình là các hệ thống điện, UPS và chiếu sáng đường phố chạy bằng năng lượng mặt trời.

Tóm tắt hiệu suất của pin Li-titanate

Tìm Hiểu Về Các Loại Pin Lithi-Ion - Phần 2 - EAC
Pin Li-titanate vượt trội về độ an toàn, hoạt động ở nhiệt độ thấp và tuổi thọ. Các nỗ lực đang được thực hiện để cải thiện năng lượng riêng và chi phí thấp hơn.

Bảng tóm tắt đặc tính của pin Lithi Titanate:

Lithium Titanate: Catot có thể Lithium manganese oxide or NMC; anot: Li4Ti5O12 (titanate)

Dạng rút gọn: LTO or Li-titanate. Được thương mại hóa từ khoảng năm 2008.

Điện áp2.40V danh nghĩa; phạm vi hoạt động: 1.8–2.85V/cell
Năng lượng riêng70–80Wh/kg
Sạc (C-rate)1C thông thường; cao nhất là 5C, sạc đếb 2.85V
Xả (C-rate)Có thể: 10C, 30C xung (5s); 1.80V sẽ cắt trên LCO/LTO
Chu kỳ sạc-xả3,000–7,000 lần
Thoát nhiệtMột trong những pin Li-ion an toàn nhất
Ứng dụngUPS, hệ thống truyền động điện powertrain, Chiếu sáng đường phố bằng năng lượng mặt trời
Đánh giáTuổi thọ cao, sạc nhanh, phạm vi nhiệt độ rộng nhưng năng lượng riêng thấp và đắt tiền. Là một trong số các pin Li-ion an toàn nhất.
Tìm Hiểu Về Các Loại Pin Lithi-Ion - Phần 2 - EAC

Biểu đồ so sánh năng lượng riêng của các loại pin

Hình vẽ so sánh năng lượng riêng của các hệ thống dựa trên chì, niken và Lithi. Trong khi Li-thi um (NCA) có ưu thế rõ ràng bằng cách lưu trữ nhiều năng lượng hơn các hệ thống khác, điều này chỉ áp dụng cho năng lượng riêng. Về sức mạnh riêng và nhiệt độ, Li-mangan (LMO) và Li-phosphate (LFP) là đẳng cấp. Li-titanat (LTO) có thể có công suất thấp nhưng loại pin này tồn tại lâu hơn hầu hết các loại pin khác về tuổi thọ và cũng có hiệu suất ở nhiệt độ lạnh tốt nhất.Động cơ chạy bằng điện, độ an toàn và vũng đời sẽ đạt được sự vượt trội về công suất.

Bảng tóm tắt các đặc tính của các pin Li – ion chính:

Lithium Cobalt OxideLithium Manganese OxideLithium Nickel ManganeseLithium Iron PhosphateLithium Nickel Cobalt Aluminum OxideLithium Titanate
Dạng rút gọnLi-cobaltLi-manganeseNMCLi-phosphateLi-aluminumLi-titanate
Chữ viết tắtLiCoC2
(LCO)
LiMn2O4
(LMO)
LiNiMnCO2 (NMC)LiFePo4
(LFP)
LiNiCoAlO2(NCA)Li2TiO3
(LTO)
Điện áp3.60V3.70V (3.80V)3.60V (3.70V)3.20, 3.30V3.60V2.40V
Sạc đầy4.20V4.20V4.20V (or higher)3.65V4.20V2.85V
Xả đầy3.00V3.00V3.00V2.50V3.00V1.80V
Điện áp tối thiểu2.50V2.50V2.50V2.00V2.50V1.50V (est.)
Năng lượng riêng150–200Wh/kg100–150Wh/kg150–220Wh/kg90–120Wh/kg200-260Wh/kg70–80Wh/kg
Tốc độ sạc0.7–1C (3h)0.7–1C (3h)0.7–1C (3h)1C (3h)1C1C (5C max)
Tốc độ xả1C (1h)1C, 10C possible1–2C1C (25C pule)1C10C possible
Chu kỳ (tuổi thọ)500–1000 lần300–700 lần1000–2000 lần1000–2000 lần500 lần3,000–7,000 lần
Thoát nhiệt150°C (cao hơn khi rỗng)250°C
(cao hơn khi rỗng)
210°C
(cao hơn khi rỗng)
270°C (an toàn khi sạc đầy)150°C (cao hơn khi rỗng)Một trong những pin Li-on an toàn nhất
Bảo trìGiữ mát, lưu trữ một phần sạc, ngăn ngừa những chu kỳ sạc đầy, sử dụng dòng điện sạc và xả vừa phải
Đóng gói điển hình18650, lăng trụ và túi tế bàolăng trụ18650, lăng trụ và túi tế bào26650, lăng trụ18650lăng trụ
Lịch sử phát hiện1991 (Sony)19962008199619992008
Ứng dụngĐiện thoại di động, máy tính bảng, máy tính xách tay, máy ảnhDụng cụ điện, thiết bị y tế, dây dẫn điệnXe đạp điện, thiết bị y tế, EVs, công nghiệpVăn phũng phẩm với dòng điện cao và độ bềnY tế, công nghiệp, EV (Tesla)UPS, EV, chiếu sáng đường phố năng lượng mặt trời
Đánh giáNăng lượng cao, hạn chế về công suất, thị phần đó ổn định.Năng lượng cao nhưng công suất thấp; an toàn hơn Pin Li-cobalt; thường trộn lẫn với NMC để cải thiện hiệu suấtCung cấp năng lượng cao và công suất cao, thị phần đang gia tăngĐường cong xả điện áp rất phẳng nhưng công suất thấp. Rất an toàn. Tự xả caoTuổi thọ cao, sạc nhanh, phạm vi nhiệt độ rộng nhưng năng lượng riêng thấp và đắt tiềnTuổi thọ cao, sạc nhanh, phạm vi nhiệt độ rộng nhưng năng lượng riêng thấp và đắt tiền

Hiểu về các loại pin Lithium Sắt Phốt phát (LiFePO4), pin Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide (NCA), và pin Lithium Titanate (LTO) đã cung cấp cái nhìn toàn diện về tính năng, ưu điểm, và nhược điểm của từng loại pin. Mỗi loại pin có những đặc điểm riêng biệt, cho phép chúng được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau, từ xe điện, hệ thống lưu trữ năng lượng đến các thiết bị điện tử.Sự phát triển và ứng dụng của các loại pin này đóng góp tích cực vào quá trình chuyển đổi sang các giải pháp năng lượng sạch và bền vững, hỗ trợ việc giảm thiểu tác động của con người lên môi trường và hướng tới một tương lai xanh hơn.