در بیست سال گذشته، باتری‌های مبتنی بر شیمی لیتیوم یون ، Li-ion به انتخاب مرجح برای کاربردهای قابل شارژ متعدد از گوشی‌های هوشمند گرفته تا خودروهای الکتریکی، تبدیل شده‌اند. اما همه باتری های لیتیوم یونی یکی نیستند و هنگامی که صحبت از یک راه حل سبز و سازگار با محیط زیست می شود، باتری LiFePO (LFP) با اختلاف، پیروز این میدان است.
چرا باتری های لیتیوم یونی؟
متأسفانه، لیتیوم فلزی در هنگام قرار گرفتن در معرض هوا یا آب، ناپایدار، قابل اشتعال و بالقوه قابل انفجار است. در نتیجه، محققان بر روی باتری‌های مبتنی بر ترکیبات پایدارتر لیتیوم تمرکز کرده‌اند.
یون های لیتیوم در هنگام تخلیه از آند به کاتد و در هنگام شارژ در جهت معکوس حرکت می کنند. سلول های باتری لیتیوم یونی دارای ولتاژ اسمی 3.6 ولت است، که بیشتر از ولتاژ اسمی باتری هایNiMH (1.5 ولت) و سرب- اسید (2ولت)، است. در نتیجه، سلول های کمتری باید به صورت سری روی هم چیده شوند تا ولتاژهای بالا برای کاربردهایی مانند موتورهای کششی EV تولید شود.
باتری LFP بهترین انتخاب برای محیط زیست
همانطور که از نام آن پیداست، باتری LFP از شیمی مشتق از یون لیتیوم استفاده می کند و مزایا و معایب بسیاری را نسبت به انواع دیگر باتری های لیتیوم یونی دارد. در تولید تمام باتری‌های لیتیوم یونی از انرژی استفاده می‌شود و تامین متریال ساخت این باتری ها، نیاز به استخراج لیتیوم و سایر مواد اصلی دارد. با این حال، وقتی صحبت از سلامت کره زمین می شود، تفاوت های قابل توجهی بین آنها وجود دارد.
کاربردهای سبز باتری های LiFePO4
کاربردهای باتری های لیتیوم یونی شامل برق پشتیبان و یو پی اس در دستگاه های مصرف کننده مانند گوشی های هوشمند و لپ تاپ؛ وسایل نقلیه الکتریکی؛ و ذخیره انرژی، است.
در برخی کاربردها مثل وسایل نقلیه الکتریکی، باتری‌های (NMC ( nickel manganese cobalt oxideبه دلیل چگالی انرژی بالاتر، ترجیح داده می‌شوند چرا که این ویژگی سبب وجود انرژی بیشتر در ابعاد کوچکتر است که یک نیاز کلیدی در محیط محدود یک موتور EV به شمار می رود.
از سویی دیگر استفاده از انرژی خورشیدی و بادی به سرعت در حال رشد است. به گفته محققان انرژی سبز ، قیمت ماژول های خورشیدی فوتولتاییک (PV) از سال 2010 تا 2019 ، 89 درصد کاهش یافته است و باید تا سال 2030 تا 34 درصد دیگر کاهش یابد. به طور مشابه، قیمت انرژی بادی در دهه گذشته 70 درصد کاهش یافته است. اما باد همیشه نمی وزد و خورشید همیشه نمی تابد، بنابراین تاسیسات فوتولتاییک و باد به سیستم های ذخیره انرژی به منظور ارائه یک منبع ثابت انرژی الکتریکی، متکی هستند. در این سیستم ها، چگالی انرژی برای طراحان سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی دغدغه نیست، بلکه، آنها بر روی عوامل دیگری مانند طول عمر بیشتر باتری که به عوامل متعددی از جمله دما، وضعیت شارژ و مشخصات بار بستگی دارد، تمرکز می کنند. یکی دیگر از عوامل مهم ، نیاز به تعمیر و نگهداری دوره ای است زیرا بسیاری از تاسیسات خورشیدی و بادی در مکان های دور افتاده هستند و برای مدت طولانی بدون مراقبت رها می شوند.
در ادامه مزایای باتری های LFP نسبت به سایر باتری های لیتیومی و سرب- اسیدی، نمایش داده شده است:
یکی دیگر از دغدغه های مهم در مورد باتری ها بحث بازیافت آنهاست. دور انداختن یا بازیافت باتری ها همچنان یک مسئله کلیدی زیست محیطی است. سالانه بیش از 3 میلیون تن باتری سرب-اسید دور ریخته می شود. در حالی که برخی از آنها برای بازیابی سرب و سایر مواد بازیافت می شوند، بسیاری از آنها به محل دفن زباله، به ویژه در کشورهای در حال توسعه، ختم می شوند درحالیکه سموم حاصل از آنها می توانند باعث آتش سوزی و انفجار شوند و مواد غذایی و آب را برای چندین نسل، مسموم کنند. عمر طولانی باتری های لیتیومی که برای ذخیره و حمل و نقل انرژی استفاده می شوند به این معنی است که بسیاری از این باتری ها هنوز در حال استفاده هستند، بنابراین فرآیندهای بازیافت هنوز در مراحل اولیه خود هستند. تنها 50 درصد از 180000 تن باتری لیتیوم یونی موجود برای بازیافت در سال 2019 بازیافت شد و بقیه دور ریخته شدند. همانطور که باتری های لیتیوم یون بیشتری به پایان عمر خود می رسند، بازیافت کارآمدتر می شود. صرف نظر از نوع، باتری‌های لیتیوم یونی را میتوان برای بازیابی مواد مورد استفاده در الکترودها، سیم‌کشی و پوشش‌هایشان بازیافت کرد. باتری های بازیافتی با بلوغ صنعت، به طور گسترده در دسترس خواهند بود. با الکترودهای ساخته شده از مواد غیر سمی، باتری‌های LiFePO4 نسبت به باتری‌های اسید سرب یا سایر مواد شیمیایی لیتیوم یون خطر بسیار کمتری برای محیط زیست دارند.
باتری LFP انتخاب سبز در باتری ها است. ساخت باتری ها از هر نوعی به انرژی و منابع نیاز دارد، اما باتری های فسفات آهن لیتیوم از نظر مصرف منابع و ایمنی مزایای مهمی نسبت به سایر فناوری ها دارند که از جمله این مزایا میتوان به کمک به کاهش انتشار کربن در هنگام استفاده در سیستم های انرژی بادی و خورشیدی اشاره کرد.
