लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी

लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी ( बैटरी) या एलएफपी बैटरी लिथियम आयरन फॉस्फेट का उपयोग कर लिथियम-आयन बैटरी का एक प्रकार है। कैथोड पदार्थ के रूप में,और एनोड एक धात्विक ग्रेफाइटिक के रूप में कार्बन इलेक्ट्रोड के साथ सहायक है। क्योंकि उनकी कम लागत, उच्च सुरक्षा, कम विषाक्तता, लंबे चक्र जीवन और अन्य कारकों के कारण, एलएफपी बैटरी वाहन उपयोग, उपयोगिता-मानदंडों के स्थिर अनुप्रयोगों और समर्थन् में कई भूमिकाएँ पा रही हैं। एलएफपी कोबाल्ट बैटरी निःशुल्क हैं। सितंबर 2022 तक ईवी के लिए एलएफपी प्रकार की बैटरी की खपत भागीदारी 31% तक पहुंच गई, और उसमें से 68% अकेले टेस्ला और चीनी ईवी निर्माता बीवाईडी उत्पादन से थी।। चीनी निर्माता वर्तमान में एलएफपी बैटरी प्रकार के उत्पादन का एकाधिकार रखते हैं।, 2022 में पेटेंट समाप्त होने और सस्ती ईवी बैटरी की बढ़ती मांग के साथ एलएफपी प्रकार का उत्पादन 2028 में लिथियम निकल मैंगनीज कोबाल्ट ऑक्साइड प्रकार की बैटरी को पार करने के लिए आगे बढ़ने की संभावना है। एक एलएफपी बैटरी का ऊर्जा घनत्व सामान्य लिथियम आयन बैटरी जैसे निकल मैंगनीज कोबाल्ट और निकल कोबाल्ट एल्यूमीनियम के सापेक्ष कम होता है, और इसका ऑपरेटिंग विभावन्तर भी कम होता है।  सीएटीएल की एलएफपी बैटरियां वर्तमान में 125 वाट घंटे प्रति किग्रा, उत्तम पैकिंग तकनीक के साथ संभवतः 160 वाट घंटे प्रति किग्रा तक हैं, जबकि बीवाईडी की एलएफपी बैटरियां उच्चतम एनएमसी बैटरियों के लिए 300 वाट घंटे प्रति किग्रा के सापेक्ष में 150 वाट घंटे प्रति किग्रा हैं। विशेष रूप से,टेस्ला के प्रारूप 3 में 2020 में उपयोग की जाने वाली पैनासोनिक की 2170 एनसीए बैटरी की ऊर्जा घनत्व लगभग 260 वाट घंटे प्रति किग्रा है,जो इसके शुद्ध रसायन मूल्य का 70% है।

इतिहास
ओलीवाइन परिवार (ट्राइफलाइट) का एक प्राकृतिक खनिज है। अरुमुगम मंत्र और जॉन बी. गुडएनफ ने सबसे पहले लिथियम आयन बैटरी के लिए कैथोड पदार्थ के बहुऋणायन वर्ग की पहचान की।   को 1996 में पाधी एटअल द्वारा बैटरी में उपयोग के लिए बहुऋणायन वर्ग से संबंधित कैथोड पदार्थ के रूप में पहचान की गई थी ।   से लिथियम का उत्क्रमणीय निष्कर्षण    लिथियम सम्मिलन का प्रदर्शन किया गया। तथा इसकी कम लागत, गैर-विषाक्तता, लोहे की प्राकृतिक प्रचुरता, इसकी उत्कृष्ट तापीय स्थिरता, सुरक्षा विशेषताओं, विद्युत रासायनिक प्रदर्शन और विशिष्ट क्षमता 170 mAh/g, या 610 C/g के कारण इसने अत्यधिक बाजारो की स्वीकृति प्राप्त की है।                                                                                                                                                                व्यावसायीकरण के लिए मुख्य बाधा इसकी आंतरिक रूप से कम विद्युत चालकता थी। कण आकार को कम करके,  को कोटिंग करके इस समस्या को दूर किया गया प्रवाहकीय पदार्थ जैसे कार्बन नैनोट्यूब,यह प्रस्ताव मिशेल आर्मंड और उनके सहकर्मियों द्वारा विकसित किया गया था। फिर भी मिंगचियांग के समूह द्वारा एक अन्य प्रस्ताव में एल्युमिनियम,नाइओबियम और ज़िरकोनियम जैसी पदार्थों  के साथ अपमिश्रिण एलएफपी सम्मिलित था। पेट्रोलियम कोक से बने नकारात्मक इलेक्ट्रोड एनोड,निर्वहन पर प्रारंभिक लिथियम-आयन बैटरी में उपयोग किए गए थे; उसके बाद प्राकृतिक या कृत्रिम ग्रेफाइट का प्रयोग करते हैं

निर्दिष्टीकरण


बैटरी विभव
 * न्यूनतम प्रवाह विभावन्तर = 2.0-2.8 वी
 * वर्किंग विभावन्तर = 3.0 ~ 3.3 V
 * अधिकतम आवेश विभावन्तर = 3.60-3.65 वी
 * अनुमापी ऊर्जा घनत्व = 220 वाट-घंटा/लीटर 790 kJ/L
 * गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा घनत्व > 90 वाट-घंटा/किग्रा (> 320 J/g)। 160 वाट-घंटा/किग्रा तक  (580 J/g)।
 * शर्तों के आधार पर 2,700 से 10,000 से अधिक चक्रों का चक्र जीवन।

अन्य बैटरी प्रकारों के साथ तुलना
एलएफपी बैटरी लिथियम-आयन-व्युत्पन्न रसायन का उपयोग करती है और अन्य लिथियम-आयन बैटरी रसायन के साथ कई लाभ और हानि साझा करती है। यद्यपि,महत्वपूर्ण अंतर हैं।

संसाधनो की उपलब्धता
पृथ्वी की पपड़ी में लोहा और फॉस्फेट बहुत कम हैं। एलएफपी में न तो निकल और न ही कोबाल्ट होता है,यह दोनों ही आपूर्ति-बाधित और महंगे हैं। लिथियम की तरह, कोबाल्ट के उपयोग के संबंध में मानवाधिकारऔर पर्यावरण चिंताओं को उठाया गया है। एवं निकल के निष्कर्षण को लेकर पर्यावरण संबंधी चिंताओं को भी उठाया गया है।

लागत
2020 में, सबसे कम रिपोर्ट की गई एलएफपी बैटरी की मूल्य  $80/kWh (12.5Wh/$) थीं। अमेरिकी ऊर्जा विभाग द्वारा प्रकाशित 2020 की रिपोर्ट में एलएफपी के सापेक्ष एनएमसी के साथ निर्मित बड़े माप दंड पर ऊर्जा भंडारण प्रणालियों की लागत की तुलना की गई है इसने पाया कि एलएफपी बैटरियों की प्रति किलोवाट लागत एनएमसी से लगभग 6% कम थी, और इसने अनुमान लगाया कि एलएफपी बैटरी लगभग 67% अधिक समय तक चलेगी। बैटरी की विशेषताओं के मध्य अंतर के कारण, भंडारण प्रणाली के कुछ अन्य घटकों की लागत एलएफपी के सापेक्ष कुछ अधिक होगी,लेकिन संतुलन में यह अभी भी एनएमसी की तुलना में प्रति किलोवाट कम खर्चीला है।

उपयुक्त जीर्णता और जीवन-चक्र की विशेषताएं
एलएफपी रसायन शास्त्र अन्य लिथियम-आयन रसायन शास्त्रों के सापेक्ष मे अत्यधिक लंबा जीवन चक्र प्रदान करता है। अधिकांश परिस्थितियों में यह 3,000 से अधिक चक्रों का समर्थन करता है, और इष्टतम परिस्थितियों में यह 10,000 से अधिक चक्रों का समर्थन करता है। स्थितियों के आधार पर एनएमसी बैटरी लगभग 1,000 से 2,300 चक्रों का समर्थन करता है। कोबाल्ट जैसी लीथियम-आयन बैटरी रसायन की तुलना में एलएफपी बैटरी क्षमता हानि की धीमी दर का अनुभव करता हैं। जैसे मैंगनीज स्पिनेल लिथियम-आयन पॉलिमर बैटरी या लिथियम आयन बैटरी

अम्लीय-सीसा बैटरी का व्यवहार्य विकल्प
3.2 V उत्पादन के कारण, 12.8 V के नाममात्र विभावन्तर के लिए चार बैटरी श्रृंखला में रखा जा सकता हैं। यह छह सीसा अम्लीय बैटरी के नाममात्र वोल्टेज के निकट आता है। एलएफपी बैटरियों की अच्छी विशेषताओं के साथ,यह एलएफपी को स्वचालित और सौर अनुप्रयोगों में सीसा -अम्लीय बैटरियों के लिए एक अच्छा संभावित प्रतिस्थापन बनाता है, अर्थात चार्जिंग प्रणाली को विभावन्तर के माध्यम से एलएफपी बैटरियों को हानि न पहुँचाने के लिए अनुकूलित किया जाता है। तापमान-आधारित विभावन्तर क्षतिपूर्ति, के निरंतर प्रयास या अल्पमात्रा मे चार्जिग होना, एलएफपी बैटरियों के समूह को इकट्ठा करने से पहले कम से कम संतुलित होता हैं और यह सुनिश्चित करने के लिए सुरक्षा प्रणाली को लागू करना आवश्यक होता है। क्योंकि किसी भी बैटरी को 2.5 वी के विभावन्तर से कम नहीं किया जा सकता है या अपरिवर्तनीय विखंडन के कारण अधिकांश स्थितियों में गंभीर क्षति हो सकती है।.

सुरक्षा
अन्य लिथियम-आयन रसायन के सापेक्ष एक महत्वपूर्ण लाभ तापीय और रासायनिक स्थिरता है, जो बैटरी की सुरक्षा में सुधार करता है। के सापेक्ष यह आंतरिक रूप से सुरक्षित कैथोड पदार्थ  है और मैंगनीज डाइऑक्साइड स्पिनेल कोबाल्ट की विलोपन के माध्यम से, विद्युतप्रतिरोध के नकारात्मक तापमान गुणांक के साथ जो अनियंत्रित ताप को प्रोत्साहित कर सकता है। फॉस्फेट में फास्फोरस-ऑक्सीजन अनुबंध आयन कोबाल्ट-ऑक्सीजन अनुबंध से अधिक प्रबल होता है, जिससे जब दुरुपयोग,हो तो ऑक्सीजन परमाणु अधिक धीरे-धीरे प्रवाहित होंता है, रेडॉक्स ऊर्जाओं का यह स्थिरीकरण तेजी से आयन प्रवासन को भी बढ़ावा देता है। चूंकि लिथियम कैथोड से बाहर निकलता है  बैटरी  गैर-रैखिक विस्तार से प्रसारित होता है जो बैटरी की संरचनात्मक अखंडता को प्रभावित करता है। तथा पूरी तरह से लिथित और अलिथित क्षत्रों  मे  संरचनात्मक रूप से समान हैं जिसका अर्थ है  बैटरीयो को संरचनात्मक रूप से स्थिर हैं।

बैटरी ों को पूरी तरह चार्ज एलएफपी बैटरी के कैथोड में कोई लिथियम नहीं रहता है। में 2 बैटरी, लगभग 50% बनी हुई है।  ऑक्सीजन की हानि के समय अत्यधिक लचीला होता है, जिसके परिणामस्वरूप सामान्यतः अन्य लिथियम बैटरीयो में एक ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया होती है। परिणामस्वरूप,  गलत तरह से संचालन की स्थिति में बैटरीयो को प्रज्वलित करना कठिन होता है।  बैटरी उच्च तापमान पर तापीय अपघटन नहीं करती है।

कम ऊर्जा घनत्व
नई एलएफपी बैटरी का ऊर्जा घनत्व नई बैटरी के सापेक्ष लगभग 14% कम होता है बैटरी चूंकि प्रवाह दर बैटरी क्षमता का एक प्रतिशत है, यदि कम- तापमान बैटरी का उपयोग किया जाए तो बड़ी बैटरी अधिक एम्पीयर घंटे का उपयोग करके उच्च दर प्राप्त की जा सकती है। अभी तक, एक उच्च -तापमान एलएफपी बैटरी या सीसा अम्लीय की तुलना में उच्च निर्वहन दर होगी जिसमें  समान क्षमता की बैटरी का उपयोग किया जा सकता हैं।

गृह ऊर्जा भंडारण
एनपेज़ ने लागत और अग्नि सुरक्षा के कारणों के लिए एलएफपी घरेलू ऊर्जा भंडारण के लिए कदम उठाया है, यद्यपि प्रतिस्पर्धी रसायन के मध्य बाजार के क्षेत्र विभाजित है। यह अन्य लिथियम रसायन के सापेक्ष में कम ऊर्जा घनत्व द्रव्यमान और आयतन को जोड़ता है, दोनों एक स्थिर अनुप्रयोगो में अधिक संतोषजनक हो सकते हैं। 2021 में, सोनेनबैटरी और एंफेज उपभोक्ता सहित घरेलू  बाजार में कई आपूर्तिकर्ता थे।

टेस्ला मोटर्स ने अपने घरेलू ऊर्जा भंडारण उत्पादों में एनएमसी बैटरी का उपयोग करना जारी रखा है, लेकिन 2021 में अपने यूटिलिटी-स्केल बैटरी उत्पाद के लिए एलएफपी पर स्विच किया। एनर्जीसेज के अनुसार, U.S. में सबसे अधिक उद्धृत घरेलू ऊर्जा भंडारण बैटरी अनुबंध है, जिसने 2021 में टेस्ला मोटर्स और एलजी को पीछे छोड़ दिया।

वाहन
त्वरण, कम वजन और लंबे जीवन के लिए आवश्यक उच्च प्रवाह दर इस बैटरी प्रकार को फोर्कलिफ्ट, साइकिल और विद्युत कारों के लिए आदर्श बनाती है। 12V LiFePO4 बैटरी कारवां, मोटर-होम या नाव के लिए दूसरी होम बैटरी के रूप में भी लोकप्रियता प्राप्त कर रही हैं। टेसला मोटर्स अक्टूबर 2021 से बने सभी आदर्श- क्षेत्र टेस्ला प्रारूप 3 और टेस्ला प्रारूप Y में एलएफपी बैटरी का उपयोग करती है। सितंबर 2022 तक, एलएफपी बैटरियों ने संपूर्ण ईवी बैटरी बाज़ार में अपनी बाज़ार भागीदारी बढ़ाकर 31% कर ली थी। उनमें से 68% दो कंपनियों, टेस्ला और बीवाईडी द्वारा तैनात किए गए थे। लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी ने आधिकारिक तौर पर 52% स्थापित क्षमता के साथ 2021 में टर्नरी बैटरी को पार कर लिया। विश्लेषकों का अनुमान है कि 2024 में इसकी बाजार हिस्सेदारी 60% से अधिक हो जाएगी। फरवरी 2023 में, फोर्ड ने घोषणा की, कि वह मिशिगन में एक कारखाना बनाने के लिए 3.5 बिलियन का निवेश करेगी जो उसके कुछ विद्युत वाहनों के लिए कम लागत वाली बैटरी का उत्पादन करेगी। परियोजना पूरी तरह से फोर्ड सहायक कंपनी के स्वामित्व में होगी, लेकिन चीनी बैटरी कंपनी समकालीन ऐंपियर तकनीकी, लिमिटेड सीएटीएल से लाइसेंस प्राप्त तकनीक का उपयोग कर रही है ।

सौर-संचालित प्रकाश व्यवस्था
एलएफपी का उच्च (3.2 वी) काम करने वाला वोल्टेज वोल्टेज को बढ़ाने के लिए परिपथिकी के अतिरिक्त एकल बैटरी को एलईडी ड्राइव करने देता है। साधारण ओवरचार्जिंग के लिए इसकी बढ़ी हुई सहनशीलता का अर्थ  है कि LiFePO 4 को रिचार्ज चक्र को रोकने के लिए परिपथिकी केअतिरिक्त प्रकाशवोल्टीय बैटरी से जोड़ा जा सकता है। एक एकल एलएफपी बैटरी से एक एलईडी ड्राइव करने की क्षमता बैटरी धारकों को भी हटाती है, और इस प्रकार कई हटाने योग्य रिचार्जेबल बैटरी का उपयोग करने वाले उत्पादों से जुड़े जंग, संक्षेपण और गंदगी के मुद्दे 2013 तक, उपयुक्त सौर-चार्ज निष्क्रिय अवरक्त सुरक्षा प्रकाश उभरे। चूंकि A-आकार के एलएफपी बैटरी की क्षमता मात्र 600 mAh होती है जबकि प्रकाश की चमकदार एलईडी 60 mA खींच सकती है इकाइयां अधिकतम 10 घंटे तक चमकती हैं। यद्यपि,अगर प्रवर्तक तथाकथित ही होती है, तो ऐसी इकाइयां कम धूप में भी चार्ज करने के लिए संतोषजनक हो सकती हैं, क्योंकि प्रकाश विद्युतकीय 1mA से कम के अंधेरे के बाद के निष्क्रिय धारा को सुनिश्चित करते हैं।

अन्य उपयोग
कुछ विद्युत सिगरेट इस प्रकार की बैटरियों का उपयोग करती हैं। अन्य अनुप्रयोगों में समुद्री विद्युत प्रणाली और प्रणोदन, फ्लैशलाइट, रेडियो-नियंत्रित प्रारूप, वहनीय मोटर चालित उपकरण, शौकिया रेडियो उपकरण, औद्योगिक सेंसर प्रणाली और आपातकालीन प्रकाश व्यवस्था सम्मिलित हैं।

यह भी देखें

 * बैटरी प्रकारों की सूची
 * बैटरी आकार की सूची
 * इलेक्ट्रिक-वाहन-बैटरी निर्माताओं की सूची
 * वाणिज्यिक बैटरी प्रकारों की तुलना
 * लिथियम-टाइटेनेट बैटरी
 * लिथियम-एयर बैटरी
 * लिथियम पॉलिमर बैटरी
 * नैनोवायर बैटरी
 * फास्फेट
 * पावर-टू-वेट अनुपात
 * सॉलिड-स्टेट बैटरी
 * सुपर आयरन बैटरी
 * ब्लेड बैटरी

संदर्भ
リチウムイオン二次電池