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.
Xem thêm: Bài liên quan Pin ô tô
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.
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 áp | 3.20, 3.30V danh nghĩa; phạm vi hoạt động: 2.5–3.65V/cell |
| Năng lượng riêng | 90–120Wh/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-xả | 1000–2000 lần (liên quan đến xả sâu, nhiệt độ) |
| Thoát nhiệt | 270°C (518°F); rất an toàn khi được sạc đầy |
| Ứng dụng | Máy di động và văn phòng cần dũng điện và độ bền cao |
| Đánh giá | Đường 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
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 áp | 3.60V danh nghĩa; phạm vi hoạt động: 3.0–4.2V/cell |
| Năng lượng riêng | 200-260Wh/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-xả | 500 lần (liên quan đến xả sâu, nhiệt độ) |
| Thoát nhiệt | 150°C (302°F) typical, Quá trình sạc nhanh thúc đẩy sự thoát nhiệt. |
| Ứng dụng | Thiết bị y tế, công nghiệp, hệ thống truyền động điện |
| Đánh giá | Tính 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
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 áp | 2.40V danh nghĩa; phạm vi hoạt động: 1.8–2.85V/cell |
| Năng lượng riêng | 70–80Wh/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-xả | 3,000–7,000 lần |
| Thoát nhiệt | Một trong những pin Li-ion an toàn nhất |
| Ứng dụng | UPS, hệ thống truyền động điện powertrain, Chiếu sáng đường phố bằng năng lượng mặt trời |
| Đánh giá | Tuổi 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. |
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 Oxide | Lithium Manganese Oxide | Lithium Nickel Manganese | Lithium Iron Phosphate | Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide | Lithium Titanate | |
| Dạng rút gọn | Li-cobalt | Li-manganese | NMC | Li-phosphate | Li-aluminum | Li-titanate |
| Chữ viết tắt | LiCoC2 (LCO) | LiMn2O4 (LMO) | LiNiMnCO2 (NMC) | LiFePo4 (LFP) | LiNiCoAlO2(NCA) | Li2TiO3 (LTO) |
| Điện áp | 3.60V | 3.70V (3.80V) | 3.60V (3.70V) | 3.20, 3.30V | 3.60V | 2.40V |
| Sạc đầy | 4.20V | 4.20V | 4.20V (or higher) | 3.65V | 4.20V | 2.85V |
| Xả đầy | 3.00V | 3.00V | 3.00V | 2.50V | 3.00V | 1.80V |
| Điện áp tối thiểu | 2.50V | 2.50V | 2.50V | 2.00V | 2.50V | 1.50V (est.) |
| Năng lượng riêng | 150–200Wh/kg | 100–150Wh/kg | 150–220Wh/kg | 90–120Wh/kg | 200-260Wh/kg | 70–80Wh/kg |
| Tốc độ sạc | 0.7–1C (3h) | 0.7–1C (3h) | 0.7–1C (3h) | 1C (3h) | 1C | 1C (5C max) |
| Tốc độ xả | 1C (1h) | 1C, 10C possible | 1–2C | 1C (25C pule) | 1C | 10C possible |
| Chu kỳ (tuổi thọ) | 500–1000 lần | 300–700 lần | 1000–2000 lần | 1000–2000 lần | 500 lần | 3,000–7,000 lần |
| Thoát nhiệt | 150°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 trì | Giữ 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 hình | 18650, lăng trụ và túi tế bào | lăng trụ | 18650, lăng trụ và túi tế bào | 26650, lăng trụ | 18650 | lăng trụ |
| Lịch sử phát hiện | 1991 (Sony) | 1996 | 2008 | 1996 | 1999 | 2008 |
| Ứng dụng | Điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính xách tay, máy ảnh | Dụng cụ điện, thiết bị y tế, dây dẫn điện | Xe đạp điện, thiết bị y tế, EVs, công nghiệp | Văn phũng phẩm với dòng điện cao và độ bền | Y tế, công nghiệp, EV (Tesla) | UPS, EV, chiếu sáng đường phố năng lượng mặt trời |
| Đánh giá | Năng 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 suất | Cung cấp năng lượng cao và công suất cao, thị phần đang gia tăng | Đường cong xả điện áp rất phẳng nhưng công suất thấp. Rất an toàn. Tự xả cao | Tuổi thọ cao, sạc nhanh, phạm vi nhiệt độ rộng nhưng năng lượng riêng thấp và đắt tiền | Tuổi 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.
