लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी

लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी ( ( बैटरी) या एलएफपी बैटरी लिथियम आयरन बैटरी का एक प्रकार है। जो कैथोड सामग्री के रूप में लिथियम फास्फेट का उपयोग करती है और एनोड के रूप मे धातु के बैंकिंग के साथ  ग्रेफाइटिक कार्बन विद्युतग्र उनकी कम लागत,उच्च सुरक्षा, कम विषाक्तता, लंबे चक्र उर्जा और अन्य कारकों के कारण,  एलएफपी विद्युतीय वाहन बैटरी, उपयोगिता-स्केल स्थिर अनुप्रयोगों और ऊर्जा  पूर्तिकर में कई भूमिकाएँ मिल रही हैं। एलएफपी कोबाल्ट बैटरी मुफ़्त हैं। सितंबर 2022 तक ईवी के लिए एलएफपी प्रकार की बैटरी बाजार हिस्सेदारी 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 लगभग एकाधिकार रखते हैं, यद्यपि 2022 में पेटेंट समाप्त होने के साथ और सस्ती ईवी बैटरी की बढ़ती मांग के साथ, 2028 में लिथियम निकल मैंगनीज कोबाल्ट ऑक्साइड के उत्पादन को पार करने के लिए और बढ़ने की संभावना है। एक  एलएफपी बैटरी का ऊर्जा घनत्व अन्य सामान्य लिथियम आयन बैटरी प्रकारों जैसे निकल मैंगनीज कोबाल्ट और निकल कोबाल्ट एल्यूमीनियम की तुलना में कम होता है, और इसका ऑपरेटिंग विभावन्तर भी कम होता है; सीएटीएल की एलएफपी बैटरियां वर्तमान में 125 वाट घंटे प्रति किग्रा, बेहतर 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 की तुलना 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 का एक प्राकृतिक खनिज है। अरुमुगम मंत्र और जॉन बी. गुडएनफ ने सबसे पहले लिथियम आयन बैटरी के लिए कैथोड सामग्री के बहुऋणायन वर्ग की पहचान की।   तब 1996 में पाधी एट अल द्वारा बैटरी में उपयोग के लिए बहुऋणायन वर्ग से संबंधित कैथोड सामग्री के रूप में पहचान की गई थी।  लिथियम से प्रतिवर्ती निष्कर्षण  और लिथियम का सम्मिलन  प्रदर्शित किया गया था। इसकी कम लागत, गैर-विषाक्तता, लोहे की प्राकृतिक प्रचुरता, इसकी उत्कृष्ट तापीय स्थिरता, सुरक्षा विशेषताओं, विद्युतरासायनिक प्रदर्शन और विशिष्ट क्षमता 170 एमएएच/एच/जी, या 610 सी/जी के कारण इसे प्राप्त हुआ है अधिक बाजार स्वीकृति व्यावसायीकरण के लिए मुख्य बाधा इसकी आंतरिक रूप से कम विद्युत चालकता थी। कण आकार को कम करके,आलेप करके इस समस्या को दूर किया गया  प्रवाहकीय सामग्री वाले कण जैसे कार्बन नैनोट्यूब,  अथवा दोनों यह दृष्टिकोण मिशेल आर्मंड और उनके सहकर्मियों द्वारा विकसित किया गया था। फिर भी-मिंग चियांग के समूह द्वारा एक अन्य दृष्टिकोण में डोपन शामिल था कटियन आयनों के साथ एलएफपी सामग्री जैसे अल्युमीनियम, नाइओबियम और जिरकोनियम।

पेट्रोलियम कोक से बने नकारात्मक विद्युतग्र धनाग्र, निर्वहन पर प्रारंभिक लिथियम-आयन बैटरी में उपयोग किए गए थे; बाद मे प्राकृतिक या सिंथेटिक ग्रेफाइट का प्रयोग करते हैं।

निर्दिष्टीकरण


*  बैटरी  वोल्टेज
 * 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 Wh/kg [28] (> 320 J/g)। 160 Wh/kg तक [1] (580 J/g)।
 * शर्तों के आधार पर 2,700 से 10,000 से अधिक चक्रों का चक्र जीवन।

फायदे और नुकसान
एलएफपी बैटरी लिथियम-आयन-व्युत्पन्न रसायन का उपयोग करती है और अन्य लिथियम-आयन बैटरी केमिस्ट्री के साथ कई फायदे और नुकसान साझा करती है। यद्यपि, महत्वपूर्ण अंतर हैं।

संसाधन की उपलब्धता
लोहा और फॉस्फेट रासायनिक तत्वों की बहुत अधिक मात्रा में हैं पृथ्वी की पपड़ी में सरल हैं।  एलएफपी में न तो निकेल होता है न ही कोबाल्ट, जो दोनों आपूर्ति मे विवश और महंगे हैं। लिथियम के साथ, मानवीय और पर्यावरण कोबाल्ट के उपयोग को लेकर चिंता जताई गई है। निकल के निष्कर्षण को लेकर पर्यावरण संबंधी चिंताओं को भी उठाया गया है।

लागत
2020 में, सबसे कम सूचित एलएफपी बैटरी मूल्य 80/किलोवाट 12.5 वाट थे। अमेरिकी ऊर्जा विभाग द्वारा प्रकाशित 2020 की रिपोर्ट में एलएफपी बनाम एनएमसी के साथ निर्मित बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण प्रणालियों की लागतों 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 बीच अंतर के कारण, भंडारण प्रणाली के कुछ अन्य घटकों की लागत एलएफपी के लिए कुछ अधिक होगी, लेकिन संतुलन में यह अभी भी एनएमसीकी तुलना में प्रति किलोवाट कम खर्चीला है।

बेहतर उम्र बढ़ने और चक्र-जीवन की विशेषताएं
एलएफपी रसायन शास्त्र अन्य लिथियम-आयन रसायन शास्त्रों की तुलना में अधिक लंबा चक्र जीवन 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 करती है। कोबाल्ट जैसी लीथियम-आयन बैटरी रसायन की तुलना में एलएफपी बैटरी  क्षमता हानि की धीमी दर का अनुभव करते हैं। मैंगनीज रीढ़  लिथियम-आयन पॉलिमर बैटरी या लिथियम आयन बैटरी

सीसा -एसिड बैटरी का व्यवहार्य विकल्प
नाममात्र 3.2 V प्रक्षेपण के कारण, 12.8 V के नाममात्र विभावन्तर के लिए चार बैटरी श्रृंखला में रखे जा सकते हैं। यह छह-  बैटरी  सीसा एसिड बैटरी के नाममात्र विभावन्तर के निकट आता है। एलएफपी बैटरियों की अच्छी सुरक्षा विशेषताओं के साथ, यह  एलएफपी को स्वचालित और सौर अनुप्रयोगों में सीसा -एसिड बैटरियों के लिए एक अच्छा संभावित प्रतिस्थापन बनाता है, बशर्ते चार्जिंग प्रणाली को अत्यधिक चार्जिंग विभावन्तर 3.6 से अधिक के माध्यम से    एलएफपी कोशिकाओं को नुकसान न पहुँचाने के लिए अनुकूलित किया गया हो। तापमान-आधारित विभावन्तर क्षतिपूर्ति, बराबरी के प्रयास या निरंतरअल्पमात्रा मे चार्जिग होना।  एलएफपी कोशिकाओं को समूह को इकट्ठा करने से पहले कम से कम संतुलित होना चाहिए और यह सुनिश्चित करने के लिए एक सुरक्षा प्रणाली को भी लागू करने की आवश्यकता है कि किसी भी   बैटरी  को 2.5 वी के विभावन्तर से कम नहीं किया जा सकता है या अपरिवर्तनीय विखंडन के कारण अधिकांश मामलों में गंभीर क्षति होगी  को  में।.

सुरक्षा
अन्य लिथियम-आयन केमिस्ट्री पर एक महत्वपूर्ण लाभ थर्मल और रासायनिक स्थिरता है, जो बैटरी सुरक्षा में सुधार करता है। की तुलना में एक आंतरिक रूप से सुरक्षित कैथोड सामग्री है  और मैंगनीज डाइऑक्साइड स्पिनल्स कोबाल्ट की चूक के माध्यम से, विद्युतप्रतिरोध के नकारात्मक तापमान गुणांक के साथ जो अनियंत्रित थर्मल को प्रोत्साहित कर सकता है। फॉस्फेट में फास्फोरस-ऑक्सीजन बंधन |आयन कोबाल्ट-ऑक्सीजन बंधन से अधिक प्रबल है, जिससे जब दुरुपयोग लघुपथित अतितापन आदि, हो तो ऑक्सीजन परमाणु अधिक धीरे-धीरे जारी 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 गुजरता है जो बैटरी की संरचनात्मक अखंडता को प्रभावित करता है। जो पूरी तरह से लिथित और अलिथित क्षत्रों   संरचनात्मक रूप से समान हैं जिसका अर्थ है  कोशिकाएं संरचनात्मक रूप से अधिक स्थिर होती हैं  कोशिकाओं पूरी तरह चार्ज एलएफपी बैटरी  के कैथोड में कोई लिथियम नहीं रहता है। एक बैटरी लगभग 50% बनी हुई है।  ऑक्सीजन की हानि के दौरान अत्यधिक लचीला होता है, जिसके परिणामस्वरूप सामान्यतः अन्य लिथियम कोशिकाओं में एक ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया होती है। नतीजतन,  गलत तरह से संचालन की स्थिति में कोशिकाओं को प्रज्वलित करना कठिन होता है।  बैटरी उच्च तापमान पर थर्मल अपघटन नहीं करती है।

कम ऊर्जा घनत्व
नई एलएफपी बैटरी का ऊर्जा घनत्व नई बैटरी की तुलना में लगभग 14% कम होता है बैटरी चूंकि प्रवाह दर बैटरी क्षमता का एक प्रतिशत है, यदि कम-वर्तमान 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-वर्तमान   एलएफपी बैटरी या सीसा एसिड की तुलना में उच्च निर्वहन दर होगी जिसमें  समान क्षमता की बैटरी का उपयोग किया जा सकता है।

गृह ऊर्जा भंडारण
एनपेज़ ने लागत और अग्नि सुरक्षा के कारणों के लिए  एलएफपी घरेलू ऊर्जा भंडारण का कदम उठाया है, यद्यपि  प्रतिस्पर्धी केमिस्ट्री के बीच बाजार विभाजित है।  यह अन्य लिथियम केमिस्ट्री की तुलना में कम ऊर्जा घनत्व द्रव्यमान और आयतन जोड़ता है, दोनों एक स्थिर अनुप्रयोग में अधिक सहनीय हो सकते हैं। 2021 में, सोनेनबैटरी और एंफेज सहित गृह और प्रयोगकर्ता बाजार में कई आपूर्तिकर्ता थे।

टेस्ला मोटर्स अपने घरेलू ऊर्जा भंडारण उत्पादों में एनएमसी बैटरी का उपयोग करना जारी रखती है, लेकिन 2021 में अपने यूटिलिटी-स्केल बैटरी उत्पाद के लिए  एलएफपी पर बंद किया गया। एनर्जीसेजके अनुसार,अमेरिका में सबसे अधिक उद्धृत घरेलू ऊर्जा भंडारण बैटरी ब्रांड के चरण है, जो 2021 में टेस्ला, मोटर्स और एलजी से आगे निकल गया।

वाहन
वाहन त्वरण, कम वजन और लंबे जीवन के लिए आवश्यक उच्चप्रवाह दर इस बैटरी प्रकार को फोर्कलिफ्ट, साइकिल और कारों के लिए आदर्श बनाती है। 12V LiFePO4 यात्रियों के लिए, मोटर या नाव बैटरी के रूप में बैटरी भी लोकप्रियता प्राप्त कर रही है। 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 EV बैटरी बाज़ार में अपनी बाज़ार हिस्सेदारी 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 करेगी।

सौर-संचालित प्रकाश व्यवस्था
एकल "14500"  एलएफपी सेल अब 1.2 वी एनआईसीडी / एनआईएमएच के अतिरिक्त कुछ सौर-संचालित लैंडस्केप प्रकाश में उपयोग किए जाते हैं।   एलएफपी का उच्च (3.2 वी) कार्यशील विभावन्तर विभावन्तर को बढ़ाने के लिए परिपथिकी के बिना एकल बैटरी को एलईडी चलाने देता है। सामान्यतः ओवरचार्जिंग  के लिए इसकी बढ़ी हुई सहनशीलता का मतलब है   पुनर्भरण चक्र को रोकने के लिए परिपथिकी के बिना प्रकाशवोल्टीय कोशिकाओं से जोड़ा जा सकता है। एक   एलएफपी  बैटरी  से एक एलईडी ड्राइव करने की क्षमता भी बैटरी धारकों को कम करती है, और इस प्रकार कई हटाने योग्य पुनर्भरण बैटरी का उपयोग करने वाले उत्पादों से जुड़े जंग, संक्षेपण और गंदगी के मुद्दे। 2013 तक, बेहतर सौर-चार्ज निष्क्रिय इन्फ्रारेड सुरक्षा लैंप उभरे। चूंकि A-आकार के   एलएफपी बैटरी की क्षमता केवल 600 mAh होती है जबकि लैंप की चमकदार LED 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 लैंप 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 जैसे समुद्री विद्युत प्रणालियाँ और प्रणोदन,फ्लैशलाइट्स, रेडियो-नियंत्रित प्रारूप, वहनीय मोटर चालित उपकरण, शौकिया रेडियो उपकरण, औद्योगिक सेंसर प्रणाली 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