Alles über LiFePO4-Batterien

Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) ist einer der beliebtesten Kandidaten für eine solide Alternative zu reproduzierbaren Batterien. Bestimmte Eigenschaften sorgen für eine verbesserte Sicherheit und Lebensdauer im Vergleich zu anderen Lithium-Ionen-Batterien. Dieser Artikel liefert Ihnen wichtige Informationen zu Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LiFePO4) – einschließlich der chemischen Eigenschaften, ihres Vergleichs mit anderen Lithium-Ionen-Modellen und der Frage, wann sie am besten geeignet sind.

Was ist die Chemie der LiFePO4-Batterie?

LiFePO4 – Lithium-Eisenphosphat, Batteriekathodenchemie. Was bedeutet das genau? Diese in E-Bikes üblichen Batterien unterscheiden sich durch die Verwendung von Eisenphosphat (oder Lithium-Eisen) anstelle von Kobalt/Nickel/Mangan. Diese Formel vereint mehrere Vorteile wie erhöhte Sicherheit, Stabilität und viele weitere.

Wie funktionieren LiFePO4-Batterien?

Die LiFePO4-Batterien werden auf die gleiche Weise mit Strom versorgt wie andere Zellen auf Lithium-Ionen-Basis. Sie bestehen aus Anoden und Kathoden. Elektrolyt und Separator: Eine geladene Batterie setzt Energie frei, indem Lithium-Ionen über einen chemischen Pfad zwischen den beiden Elektroden, den sogenannten Elektrolyten, von der Anode zur Kathode wandern. Beim Laden funktioniert dieser Prozess jedoch umgekehrt: Die Ionen übertragen ihre negativen Elektronen bei Bedarf zurück zur Anode, um dort Ladung zu speichern.

Schlüsselkomponenten

Anode – in der Regel Graphit in einer Beutelzelle. Dies ist der Teil der Batterie, der beim Laden Lithiumionen transportiert.

Anode : Besteht aus einer positiven Elektrode aus Lithiumeisenphosphat, elektrische Entladung unter Abgabe von Lithiumionen (Li).

Elektrolyt – Ermöglicht den Lithiumionen, von der Anode durch den Elektrolyten und dann wieder zurück in die Kathoden zu wandern.

Separator – Er verhindert den Kontakt zwischen Anode und Kathode, sodass nur Ionen in die elektrische Lösung gelangen.

Vorteile von LiFePO4-Batterien

Sicherheit

Unter ihnen ist die LiFePO4-Batterie die sicherste Lithium-Ionen-Batterie. Ein Grund dafür ist die chemische Zusammensetzung von Lithiumeisenphosphat, die zwar nicht so energiereich ist wie das in den meisten Elektrofahrzeugzellen verwendete Kobaltoxid, aber auch weniger thermisch reaktiv ist und sich bei einsetzendem thermischen Durchgehen deutlich leichter unterdrücken lässt. Diese Eigenschaften, kombiniert mit ihrer natürlichen thermischen Stabilität (die das Brandrisiko verringert), machen IDFs sehr geeignet für Anwendungen mit hohen Sicherheitsanforderungen, bei denen man sich keine Nachlässigkeit bei der Aufrechterhaltung stabiler Bedingungen leisten kann, wie z. B. in Elektrofahrzeugen oder Energiespeichersystemen für Privathaushalte.

Langlebigkeit

Einer der größten Vorteile von LiFePO4-Batterien ist ihre lange Lebensdauer. Sie überstehen Tausende von Lade- und Entladezyklen mit nur geringer Leistungseinbuße. Laut Musig beträgt die Lebensdauer von LiFePO4-Batterien bei durchschnittlichem Verbrauch in der Regel 5 bis 10 Jahre.

Hohe Effizienz

LiFePO4-Batterien verfügen über eine sehr diffuse Ladung und bieten eine Energieeffizienz von 95 % bis fast zur vollständigen Ladung bei minimaler Selbstentladung. Diese Li-Ionen-Batterietechnologie wurde bereits vor den 2000er Jahren patentiert. Das bedeutet auch, dass sie beim Laden und Entladen weniger Energieverluste erleiden als die meisten anderen Batterietypen.

Umweltauswirkungen

LiFePO4-Batterien gelten im Vergleich zu anderen Lithium-Ionen-Batterietechnologien als sauberer. Das liegt daran, dass sie weder Kobalt noch andere Schwermetalle enthalten, was das Recycling sehr einfach macht und zudem die Toxizität dieser Magnete um ein Vielfaches reduziert.

Leistung

Unabhängig vom Entladezyklus liefern diese Batterien eine konstante Ausgangsspannung. Sie verfügen außerdem über eine hohe Strombelastbarkeit, was bedeutet, dass sie sehr schnell viel Leistung liefern können.

Niedrige Selbstentladungsrate

Die Selbstentladungsrate von LiFePO4-Batterien ist gering und beträgt etwa 2–3 % pro Monat. Kobalt-Mischbatterien von Panasonic eignen sich ideal für Anwendungen wie Bohrmaschinen, bei denen eine Batterie ihre Ladung auch im Lager behalten muss.

Nachteile von LiFePO4-Batterien

Energiedichte

Der Hauptnachteil von LFP-Batterien besteht darin, dass ihre Energiedichte [Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg)] geringer ist als bei anderen Lithium-Ionen-Batterietypen. Das bedeutet, dass sie im Vergleich zur Masse weniger Energie speichern. Daher ist ihr Einsatz bei Platz- und Gewichtsproblemen wenig sinnvoll.

Kosten

LiFePO4-Batterien sind trotz sinkender Preise möglicherweise immer noch die teuerste Batterieart, die Sie zunächst finden. Diese Anschaffungskosten amortisieren sich jedoch durch die Langlebigkeit und Effizienz im Laufe der Zeit.

Leistung bei niedrigen Temperaturen

Bei niedrigen Temperaturen treten bei LiFePO4-Batterien in der Regel Härten auf. Dies kann die Leistung und Wirksamkeit bei Minustemperaturen drastisch reduzieren und sie möglicherweise noch stärker auf Anwendungsfälle in wärmeren Klimazonen oder bei Bedarf eines zusätzlichen Wärmemanagements beschränken.

Verwendung einer LiFePO4-Batterie

Elektrofahrzeuge (EVs)

Aufgrund ihrer Sicherheit werden Lithium-Eisenphosphat-Batterien immer häufiger in Elektrofahrzeugen eingesetzt. Sie liefern die nötige Leistung für die Beschleunigung eines Elektrofahrzeugs und sind robust genug für regelmäßige Ladezyklen.

Speicherung erneuerbarer Energien

LiFePO4-Batterien erfreuen sich bei der Speicherung erneuerbarer Energien aus Solar- und Windkraft großer Beliebtheit, da die Produktion bzw. Erzeugung in Spitzenzeiten mit steigendem Strombedarf am höchsten ist und somit die Nutzung zu bestimmten Tageszeiten einen Mehrwert bietet. Die hohe Batterielebensdauer von ellipsoiden Energiespeichersystemen für den Heimgebrauch und netzunabhängigen Stromversorgungslösungen macht sie ideal für den Einsatz.

Marineanwendungen

MARINE Boote und Yachten: Sichere, zuverlässige LiFePO4-Batterien für das Wasser. Sie sind außerdem robust genug, um sowohl Feuchtigkeit als auch Salzwasser standzuhalten.

Industrielle Anwendungen

Für industrielle Anwendungen wie die Energiespeicherung in Fabriken und Batterien zur Notstromversorgung ist LiFePO4 eine intelligente Option. Ebenso finden sie Anwendung in der Notstromversorgung wichtiger Geräte.

Unterhaltungselektronik

Obwohl LiFePO4 in der Unterhaltungselektronik weniger beliebt ist als Lithium-Ionen-Batterien, wird es für Hochleistungsanwendungen (z. B. im Automobilbereich) und andere Bereiche verwendet, in denen die Kosten eine Rolle spielen oder die hermetische Zellkonstruktion eine längere Haltbarkeit ohne Abbau des Nickel-Cadmiums ermöglichen kann.]

Freizeitfahrzeuge (RVs)

Wohnmobil-Enthusiasten, die gerne netzunabhängig campen, und alle anderen, die eine leistungsstarke und zuverlässige Stromquelle benötigen, profitieren von den LiFePO4-Batterien. Sie sind vorübergehend tiefentladungsresistent und liefern eine stabile Stromquelle, die für den reibungslosen Betrieb zahlreicher Systeme und Geräte erforderlich ist.

Tipps zur Pflege und Wartung von LiFePO4-Batterien

Ladetipps

Richtiges Ladegerät: Verwenden Sie ein LiFePO4-Ladegerät. Ladegeräte liefern die richtige Spannung und Stromstärke, um sicherzustellen, dass eine Batterie sicher und effizient geladen wird.

Der Ladevorgang sollte nicht länger als 12 Stunden dauern. Überladen kann die Lebensdauer des Akkus beeinträchtigen. Das von Ihnen verwendete Ladegerät sollte außerdem über einen integrierten Überladeschutz verfügen.

Temperaturkontrolle: Versuchen Sie, den Akku möglichst in einer temperaturkontrollierten Umgebung aufzuladen. Laden Sie ihn niemals bei sehr heißem oder kaltem Wetter, da dies den Akku beschädigen kann.

Aufbewahrungstipps

Teilladung für Langzeitlagerung: Wenn Ihr Akku nicht innerhalb von zwei Wochen oder länger regelmäßig genutzt wird, laden Sie die Ladestation auf etwa 50–60 % der Kapazität. Sowohl das Aufladen als auch die vollständige Entladung führen dazu, dass der Akku vorzeitig leer ist.

Ort: Bewahren Sie eine Batterie an einem Ort auf, der frei von Feuchtigkeit, direkter Sonneneinstrahlung und Nässe ist.

Lassen Sie es nicht sterben: Wenn Sie es für ein paar Monate lagern, stellen Sie einfach sicher, dass InertiaPack nicht nahe 0 % ist. Und wenn das der Fall ist, geben Sie Ihrer Tasche (ohne die Geräte) alle paar Monate zusätzliche Pluspunkte.

Nutzungstipps

Tiefentladung vermeiden: Obwohl LiFePO4-Batterien Tiefentladungen besser vertragen als einige andere Typen, raten wir zur Verlängerung der Lebensdauer davon ab, die Batterien möglichst unter 20 % SOC zu entladen.

Überwachen Sie den Zustand Ihrer Batterie. Sie können den Zustand Ihrer Batterie auf viele Arten überwachen, und ich entscheide mich für ein Überwachungssystem wie dieses. Ein BMS liefert diese Echtzeitinformationen: Spannung, Strom, Temperatur und Ladezustand.

Entlüften Sie Ihren Akku: Wenn die Leistung während des Fluges gedrosselt wird, verwenden Sie den Akku in einem offenen Bereich oder landen Sie, um ihn abzukühlen.

LiFePO4 im Vergleich zu anderen Typen in einer Tabelle

Batterietypen : LiFePO4 vs. Blei-Säure

Anzahl der Zyklen : LiFePO4 ist für 1000 Zyklen ausgelegt, Blei-Säure-Batterien hingegen nur für einige Hundert.

Geringes Gewicht: LiFePO4-Batterien sind viel leichter, was die Handhabung und Installation super einfach macht.

Wartung : Blei-Säure-Batterien erfordern Wartung, beispielsweise das Auffüllen des Wasserstands. Bei LiFePO4 ist dies nahezu nicht erforderlich.

Auch wenn die Effizienz mit 120 A gleich ist, haben AC-LiFePO4-Batterien den Vorteil, dass die Entladung und die Lebensdauer der Batterie dadurch nicht beeinträchtigt werden.

LiFePO4 vs. NiCd-Batterien

Alles in allem: Da sie kein Cadmium und keine anderen giftigen Metalle enthalten, ist das Spiel auch in Bezug auf den Umweltgewinn auf LiFePO4-Batterien ausgeweitet.]}

Der Memory-Effekt: NiCd-Batterien reagieren empfindlich auf das Phänomen des „Memory-Effekts“, bei dem die Zelle an Kapazität verliert, wenn sie vollständig aufgeladen oder entladen wird. LiFePO4-Batterien (und solche, die auf dieser Technologie basieren) sind jedoch immun gegen Schwellungsprobleme.

Lebensdauer und Leistung von LiFePO4 – Die Gesamtlebensdauer ist zuverlässig und bietet somit durchgehend ein hohes Leistungsniveau.

LiFePO4 im Vergleich zu allen Lithium-Ionen-Batterien (LiCoO2, NCA und NMC). Die oben genannten LiFePO4-Batterien sind sehr sichere Batterien mit einer geringen Toleranz gegenüber thermischem Durchgehen und Feuer.

Energiedichte – Am anderen Ende des Spektrums verfügen die meisten Lithium-Ionen-Batterien über eine höhere Energiedichte und können eine gute Wahl für Anwendungen sein, bei denen Platz gespart werden muss, wie beispielsweise tragbare elektronische Geräte.

Kosten und Lebensdauer – LiFePO4-Batterien, die in der gleichen allgemeinen Preiskategorie wie Blei-Säure-Batterien liegen, können aufgrund höherer Entladetiefen und anderer Anforderungen bei einem „typischen Nutzungsszenario“ viel mehr Zyklen bieten.

Zukunft der LiFePO4-Batterien

Technologische Fortschritte

Die Erhöhung der Energiedichte von LiFePO4-Batterien wird eingehend untersucht und weiterentwickelt. Mit diesen technologischen Verbesserungen im Nanobereich oder möglicherweise auch mit Batteriemanagementsystemen können Effizienz und Lebensdauer noch weiter gesteigert werden.

Wachsender Markt

Die Nachfrage nach sichereren, stabileren und effizienteren Energiespeichersystemen dürfte den Ersatz herkömmlicher Blei-Säure-Batterien durch LiFePO4-Lithium-Ionen-Batterien vorantreiben. Dieser Bedarf dürfte deutlich steigen, nicht nur aufgrund der Nachfrage im Antriebs- und Elektrofahrzeugbereich, sondern auch aufgrund des steigenden Bedarfs beispielsweise in Industriezweigen, in denen die Speicherung erneuerbarer Energien vorteilhaft erscheint.

Nachhaltigkeit

LiFePO4-Batterien erfreuen sich zunehmender Beliebtheit, da umweltfreundlichere Energiespeicherlösungen aufgrund wachsender Verbraucherbedenken und neuer Vorschriften immer beliebter werden. Die Batterien sind nachhaltig, da sie leicht recycelbar sind und im Vergleich zu anderen Batterietypen sehr umweltfreundlich sind.

Zusammenfassung

LiFePO4-Batterien bieten die Sicherheit, lange Lebensdauer (2000 Zyklen) und Umweltfreundlichkeit der Lithium-Eisenphosphat-Technologie. Die Anwendungsgebiete reichen von Elektrofahrzeugen und der Speicherung erneuerbarer Energien bis hin zu maritimen und industriellen Anwendungen. Zwar sind diese Batterietypen teuer in der Anschaffung, da sie im Vergleich zu anderen Batterien meist leer sind und im Verhältnis zu ihrer Größe und ihrem Gewicht nicht so viele Ladungen halten, langfristig rentieren sie sich jedoch gut. Sobald Unternehmen und Verbraucher jedoch über die chemischen Eigenschaften und einige der Vorteile informiert sind, können diese LiFePO4-Batterien mit ein paar einfachen Wartungsmaßnahmen deutlich benutzerfreundlicher werden.