लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी

लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी एलएफपी लिथियम फेरो-फॉस्फेट, या ली-आईपी लिथियम आयरन फॉस्फेट का उपयोग कर लिथियम आयन बैटरी का एक प्रकार है कैथोड सामग्री के रूप में, और एनोड के रूप में एक धात्विक बैकिंग के साथ एक ग्रेफाइटिक कार्बन विद्युतग्र उनकी कम लागत,उच्च सुरक्षा, कम विषाक्तता, लंबे चक्र जीवन और अन्य कारकों के कारण,एलएफपी विद्युतीय वाहन बैटरी, उपयोगिता-स्केल स्थिर अनुप्रयोगों और बिजली के समर्थन् में कई भूमिकाएँ पा रही हैं। एलएफपी कोबाल्ट बैटरी मुक्त 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।।

विद्युत वाहन उद्योग चीन में बैटरी निर्माता वर्तमान में एलएफपी बैटरी प्रकार के उत्पादन का लगभग एकाधिकार रखते हैं, यद्यपि पेटेंट 2022 में समाप्त होने लगे और सस्ती ईवी बैटरी की बढ़ती मांग के साथ, 2028 में लिथियम निकल मैंगनीज कोबाल्ट ऑक्साइड प्रकार की बैटरी को पार करने के लिए एलएफपी प्रकार का उत्पादन और बढ़ने की अपेक्षा है। एक LFP 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 वोल्टेज भी कम होता है; CATL की LFP बैटरियां वर्तमान में 125 वाट घंटे प्रति किग्रा, बेहतर पैकिंग तकनीक के साथ संभवतः 160 वाट घंटे प्रति किग्रा तक हैं, जबकि BYD की LFP बैटरियां उच्चतम NMC 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 (ट्राइफलाइट) का एक प्राकृतिक खनिज है। अरुमुगम मंत्र और जॉन बी. गुडएनफ ने सबसे पहले लिथियम आयन बैटरी के लिए कैथोड सामग्री के पॉलीअनियन वर्ग की पहचान की।   तब 1996 में पाधी एट अल द्वारा बैटरी में उपयोग के लिए पॉलीअनियन 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 एम्पीयर घंटा|mA·h/gram, या 610 कूलम्ब/ग्राम) के कारण इसे प्राप्त हुआ है काफी बाजार स्वीकृति। व्यावसायीकरण के लिए मुख्य बाधा इसकी आंतरिक रूप से कम विद्युतचालकता थी। कण आकार को कम करके, कोटिंग 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 डोपिंग (सेमीकंडक्टर) शामिल था कटियन # आयनों के साथ  एलएफपी सामग्री जैसे अल्युमीनियम, नाइओबियम और zirconium।

पेट्रोलियम कोक से बने नकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड, निर्वहन पर) प्रारंभिक लिथियम-आयन बैटरी में उपयोग किए गए थे; बाद के प्रकार प्राकृतिक या सिंथेटिक ग्रेफाइट का इस्तेमाल करते हैं।

निर्दिष्टीकरण


* सेल वोल्टेज
 * न्यूनतम डिस्चार्ज वोल्टेज = 2.0-2.8 वी
 * वर्किंग वोल्टेज = 3.0 ~ 3.3 V
 * अधिकतम चार्ज वोल्टेज = 3.60-3.65 वी
 * अनुमापी ऊर्जा घनत्व = 220 वाट-घंटा/लीटर (790 kJ/L)
 * ग्रेविमीट्रिक ऊर्जा घनत्व > 90 Wh/kg (> 320 जे/जी)। 160 क/किग्रा तक (580 जे/जी)।
 * 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। हालाँकि, महत्वपूर्ण अंतर हैं।

संसाधन की उपलब्धता
लोहा और फॉस्फेट रासायनिक तत्वों की बहुत अधिक मात्रा में हैं | पृथ्वी की पपड़ी में आम हैं। एलएफपी में न तो निकल होता है न ही कोबाल्ट, जो दोनों आपूर्ति-विवश और महंगे हैं। लिथियम के साथ, मानवाधिकार 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 सेल मूल्य $80/kWh (12.5Wh/$) थे। अमेरिकी ऊर्जा विभाग द्वारा प्रकाशित 2020 की रिपोर्ट में एलएफपी बनाम NMC के साथ निर्मित बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण प्रणालियों की लागतों की तुलना की गई है। इसने पाया कि  एलएफपी बैटरियों की प्रति kWh लागत NMC से लगभग 6% कम थी, और इसने अनुमान लगाया कि  एलएफपी सेल लगभग 67% अधिक समय (अधिक चक्र) तक चलेगी। सेल 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 NMC की तुलना में प्रति kWh कम खर्चीला है।

बेहतर उम्र बढ़ने और चक्र-जीवन की विशेषताएं
एलएफपी रसायन शास्त्र अन्य लिथियम-आयन रसायन शास्त्रों की तुलना में काफी 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। शर्तों के आधार पर एनएमसी बैटरी लगभग 1,000 से 2,300 चक्रों का समर्थन करती है।

एलएफपी सेल लिथियम-आयन बैटरी केमिस्ट्री जैसे कोबाल्ट (जैसे अधिक बैटरी जीवन|कैलेंडर-जीवन) की तुलना में बैटरी क्षमता हानि की धीमी दर का अनुभव करते हैं या मैंगनीज स्पिनल  लिथियम-आयन पॉलिमर बैटरी (LiPo बैटरी) या लिथियम आयन बैटरी

लेड-एसिड बैटरी का व्यवहार्य विकल्प
नॉमिनल 3.2 V आउटपुट के कारण, 12.8 V के नाममात्र वोल्टेज के लिए चार सेल श्रृंखला में रखे जा सकते हैं। यह छह-सेल लेड एसिड बैटरी|लीड-एसिड बैटरी के नाममात्र वोल्टेज के करीब आता है। एलएफपी बैटरियों की अच्छी सुरक्षा विशेषताओं के साथ, यह  एलएफपी को ऑटोमोटिव और सौर अनुप्रयोगों जैसे अनुप्रयोगों में लेड-एसिड बैटरियों के लिए एक अच्छा संभावित प्रतिस्थापन बनाता है, बशर्ते चार्जिंग सिस्टम को अत्यधिक चार्जिंग वोल्टेज (3.6 से अधिक) के माध्यम से  एलएफपी कोशिकाओं को नुकसान न पहुँचाने के लिए अनुकूलित किया गया हो। चार्ज के दौरान वोल्ट डीसी प्रति सेल), तापमान-आधारित वोल्टेज मुआवजा, बराबरी के प्रयास या निरंतर चार्जिग होना। पैक को असेंबल करने से पहले  एलएफपी सेल को कम से कम संतुलित होना चाहिए और यह सुनिश्चित करने के लिए एक सुरक्षा प्रणाली को भी लागू करने की आवश्यकता है कि कोई भी सेल 2.5 V के वोल्टेज से नीचे डिस्चार्ज नहीं हो सकता है या अपरिवर्तनीय डिइंटरकलेशन के कारण ज्यादातर मामलों में गंभीर क्षति होगी। LiFePO4 एफईपीओ में4.

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 थर्मल भगोड़ा को प्रोत्साहित कर सकता है। फॉस्फेट में फास्फोरस-ऑक्सीजन बंधन |आयन कोबाल्ट-ऑक्सीजन बंधन से अधिक मजबूत है  आयन, ताकि जब दुरुपयोग (शार्ट सर्किट, ओवरहीटिंग (बिजली) एड, आदि), ऑक्सीजन परमाणु अधिक धीरे-धीरे जारी हों। रेडॉक्स ऊर्जाओं का यह स्थिरीकरण तेजी से आयन प्रवासन को भी बढ़ावा देता है। चूंकि लिथियम कैथोड से बाहर निकलता है a सेल, द  गैर-रैखिक विस्तार से गुजरता है जो सेल की संरचनात्मक अखंडता को प्रभावित करता है। की पूरी तरह से Lithiated और unlithiated राज्यों  संरचनात्मक रूप से समान हैं जिसका अर्थ है  कोशिकाएं संरचनात्मक रूप से अधिक स्थिर होती हैं  कोशिकाओं। पूरी तरह चार्ज एलएफपी सेल के कैथोड में कोई लिथियम नहीं रहता है। में एक सेल, लगभग 50% बनी हुई है।  ऑक्सीजन की हानि के दौरान अत्यधिक लचीला होता है, जिसके परिणामस्वरूप आमतौर पर अन्य लिथियम कोशिकाओं में एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया होती है। नतीजतन,  गलत तरीके से संचालन (विशेष रूप से चार्ज के दौरान) 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 (ऊर्जा/आयतन) नई बैटरी की तुलना में लगभग 14% कम होता है  बैटरी। चूंकि डिस्चार्ज दर बैटरी क्षमता का एक प्रतिशत है, यदि कम-वर्तमान बैटरी का उपयोग किया जाना चाहिए तो बड़ी बैटरी (अधिक एम्पीयर घंटे) का उपयोग करके उच्च दर प्राप्त की जा सकती है। बेहतर अभी तक, एक उच्च-वर्तमान एलएफपी सेल (जिसमें लीड एसिड या की तुलना में उच्च निर्वहन दर होगी  समान क्षमता की बैटरी) का उपयोग किया जा सकता है।

गृह ऊर्जा भंडारण
एनपेज़ ने लागत और अग्नि सुरक्षा के कारणों के लिए एलएफपी होम स्टोरेज बैटरी का बीड़ा उठाया है, यद्यपि  प्रतिस्पर्धी केमिस्ट्री के बीच बाजार विभाजित है।  यद्यपि  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 होम एंड यूजर मार्केट में कई आपूर्तिकर्ता थे। Tesla, Inc. अपने घरेलू ऊर्जा भंडारण उत्पादों में NMC बैटरियों का उपयोग करना जारी रखे हुए है, लेकिन 2021 में अपने यूटिलिटी-स्केल बैटरी उत्पाद के लिए  एलएफपी पर स्विच किया गया। EnergySage के अनुसार, U.S. में सबसे अधिक उद्धृत घरेलू ऊर्जा भंडारण बैटरी ब्रांड Enphase है, जो 2021 में Tesla, Inc. और LG से आगे निकल गया।

वाहन
त्वरण, कम वजन और लंबे जीवन के लिए आवश्यक उच्च डिस्चार्ज दर इस बैटरी प्रकार को फोर्कलिफ्ट, साइकिल और इलेक्ट्रिक कारों के लिए आदर्श बनाती है। 12 वी लीफेपो4 कारवां, मोटर-होम या नाव के लिए दूसरी (घर) बैटरी के रूप में बैटरी भी लोकप्रियता प्राप्त कर रही है। Tesla, Inc. अक्टूबर 2021 से बने सभी स्टैंडर्ड-रेंज Tesla Model 3 और Tesla Model 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 इलेक्ट्रिक 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 एम्पीरेक्स टेक्नोलॉजी कं, लिमिटेड (सीएटीएल) से लाइसेंस प्राप्त तकनीक का उपयोग करेगी।

सौर-संचालित प्रकाश व्यवस्था
सिंगल 14500 (AA बैटरी-आकार) एलएफपी सेल अब 1.2 V निकल-कैडमियम बैटरी/निकल-मेटल हाइड्राइड बैटरी के बजाय कुछ सौर-संचालित लैंडस्केप प्रकाश में उपयोग किए जाते हैं। एलएफपी का उच्च (3.2 वी) कार्यशील वोल्टेज वोल्टेज को बढ़ाने के लिए सर्किटरी के बिना एकल सेल को एलईडी चलाने देता है। मामूली ओवरचार्जिंग (बैटरी) (अन्य ली सेल प्रकारों की तुलना में) के लिए इसकी बढ़ी हुई सहनशीलता का मतलब है रिचार्ज चक्र को रोकने के लिए सर्किट्री के बिना फोटोवोल्टिक कोशिकाओं से जोड़ा जा सकता है। एक एलएफपी सेल से एक एलईडी ड्राइव करने की क्षमता भी बैटरी धारकों को कम करती है, और इस प्रकार कई हटाने योग्य रिचार्जेबल 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 AA-आकार के एलएफपी सेल 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 ट्रिगरिंग कभी-कभार ही होती है, तो ऐसी इकाइयां कम धूप में भी चार्ज करने के लिए संतोषजनक हो सकती हैं, क्योंकि लैंप इलेक्ट्रॉनिक्स 1 mA से कम के अंधेरे के बाद के निष्क्रिय करंट को सुनिश्चित करते हैं।

अन्य उपयोग
कुछ इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट इस प्रकार की बैटरियों का उपयोग करती हैं। अन्य अनुप्रयोगों में समुद्री विद्युतप्रणालियाँ और प्रणोदन, फ्लैशलाइट्स, रेडियो-नियंत्रित मॉडल, पोर्टेबल मोटर चालित उपकरण, शौकिया रेडियो उपकरण, औद्योगिक सेंसर सिस्टम शामिल हैं। और आपातकालीन प्रकाश व्यवस्था।

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