Bateria De Fosfato De Ferro De Lítio: Destronando o íon de lítio em veículos elétricos, celulares e laptops

De Fouad Sabry

O que é bateria de fosfato de ferro de lítio

A bateria de fosfato de ferro de lítio, muitas vezes conhecida como bateria LFP, é uma forma de bateria de íon de lítio que usa fosfato de ferro de lítio como o material catódico. O ânodo desta bateria é composto por um eletrodo de carbono grafítico que possui um suporte metálico. A densidade de energia de uma bateria LFP é menor do que a de outros tipos comuns de bateria de íon de lítio, como NMC (Níquel Manganês Cobalto) e Níquel Cobalto Alumínio (NCA), e também possui uma tensão operacional mais baixa; As baterias LFP da CATL estão atualmente a 125 watts-hora (Wh) por kg, até possivelmente 160 Wh/kg com tecnologia de embalagem aprimorada, enquanto as baterias LFP da BYD estão a 150 Wh/kg, que é comparada a mais de 300. Notavelmente, a densidade de energia de as baterias Panasonic "2170" que serão utilizadas no Tesla Model 3 no ano de 2020 é de cerca de 260 Wh/kg, o que representa aproximadamente 70% do valor de seus "produtos químicos puros".

Como você se beneficiará

(I) Insights e validações sobre os seguintes tópicos:

Capítulo 1: Bateria de fosfato de ferro e lítio

Capítulo 2: Bateria de íon de lítio

Capítulo 3: Bateria recarregável

Capítulo 4: Bateria de polímero de lítio

Capítulo 5: John B. Goodenough

Capítulo 6: Fosfato de ferro-lítio

Capítulo 7: Bateria de veículo elétrico

Capítulo 8: Bateria de titanato de lítio

Capítulo 9: Bateria de estado sólido

Capítulo 10: Bateria de lítio-ar

Capítulo 11: Bateria de íons de sódio

Capítulo 12: Bateria de íons de alumínio

Capítulo 13: Comparação de tipos de baterias comerciais

Capítulo 14: Pesquisa em baterias de íons de lítio

Capítulo 15: Bateria orgânica híbrida de lítio

Capítulo 16: Bateria de magnésio

Capítulo 17: Bateria de vidro

Capítulo 18: Óxidos de lítio-níquel-cobalto-alumínio

Capítulo 19: Óxidos de lítio-níquel-manganês-cobalto

Capítulo 20: Arumugam Manthiram

Capítulo 21: História da bateria de íons de lítio

(II) Respondendo às principais perguntas do público sobre a bateria de fosfato de ferro e lítio.

(III) Exemplos do mundo real para o uso de bateria de fosfato de ferro e lítio em muitos campos.

(IV) 17 apêndices para explicar, brevemente, 266 tecnologias emergentes em cada setor para ter 360 graus completo compreensão das tecnologias das baterias de lítio e fosfato de ferro.

Para quem é este livro

Profissionais, estudantes de graduação e pós-graduação, entusiastas, hobistas e aqueles que desejam ir além do conhecimento ou informação básica para qualquer tipo de iro de lítio n bateria de fosfato.

• Idioma: Português
• Editora: Um Bilhão Bem Informado [Portuguese]
• Data de lançamento: 7 de nov. de 2022

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Direitos autorais

Bateria de fosfato de ferro de lítio Copyright © 2022 por Fouad Sabry. Todos os direitos reservados.

Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste livro pode ser reproduzida sob qualquer forma ou por qualquer meio eletrónico ou mecânico, incluindo sistemas de armazenamento e recuperação de informações, sem autorização por escrito do autor. A única exceção é por um revisor, que pode citar pequenos excertos numa revisão.

Capa desenhada por Fouad Sabry.

Este livro é uma obra de ficção. Nomes, personagens, lugares e incidentes são produtos da imaginação do autor ou são usados de forma fictícia. Qualquer semelhança com pessoas reais, vivas ou mortas, eventos ou locais é inteiramente coincidência.

Bónus

Pode enviar um e-mail para [e-mail] com a rubrica Bateria de Fosfato de Ferro de Lítio: Destronar o Ião de Lítio em veículos elétricos, móveis e portáteis, e receberá um email que contém os primeiros capítulos deste livro.

Fouad Sabry

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Prefácio

Por que escrevi este livro?

A história de escrever este livro começou em 1989, quando eu era estudante na Escola Secundária de Estudantes Avançados.

É notavelmente como as escolas STEM (Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática), que estão agora disponíveis em muitos países avançados.

O STEM é um currículo baseado na ideia de educar os alunos em quatro disciplinas específicas - ciência, tecnologia, engenharia e matemática - numa abordagem interdisciplinar e aplicada. Este termo é normalmente usado para abordar uma política de educação ou uma escolha curricular nas escolas. Tem implicações no desenvolvimento da força de trabalho, nas preocupações de segurança nacional e na política de imigração.

Havia uma aula semanal na biblioteca, onde cada aluno é livre de escolher qualquer livro e ler durante 1 hora. O objetivo da aula é incentivar os alunos a lerem outras disciplinas que não o currículo educativo.

Na biblioteca, enquanto olhava para os livros nas prateleiras, notei livros enormes, num total de 5.000 páginas em 5 partes. O nome dos livros é A Enciclopédia da Tecnologia, que descreve tudo à nossa volta, from absoluto zero a semicondutores, quase todas as tecnologias, na altura, foram explicadas com ilustrações coloridas e palavras simples. Comecei a ler a enciclopédia, e claro, não consegui terminá-la na aula semanal de 1 hora.

Então, convenci o meu pai a comprar a enciclopédia. O meu pai comprou-me todas as ferramentas tecnológicas no início da minha vida, o primeiro computador e a primeira enciclopédia tecnológica, e ambos têm um grande impacto em mim e na minha carreira.

Terminei toda a enciclopédia nas mesmas férias de verão deste ano, e então comecei a ver como o universo funciona e como aplicar esse conhecimento aos problemas do dia-a-dia.

A minha paixão pela tecnologia começou há mais de 30 anos e ainda assim a viagem continua.

Este livro faz parte da Enciclopédia das Tecnologias Emergentes que é a minha tentativa de dar aos leitores a mesma experiência incrível que tive quando andava no liceu, mas em vez de tecnologias do século XX, estou mais interessado nas tecnologias emergentes do século XXI, aplicações e soluções industriais.

A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes será composta por 365 livros, cada livro será focado numa única tecnologia emergente. Pode ler a lista de tecnologias emergentes e a sua categorização pela indústria na parte de Em breve, no final do livro.

365 livros para dar aos leitores a oportunidade de aumentar os seus conhecimentos sobre uma única tecnologia emergente todos os dias, no decurso de um ano.

Introdução

Como escrevi este livro?

Em todos os livros de A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes, estou a tentar obter insights instantâneos, de pesquisa bruta, diretamente das mentes das pessoas, tentando responder às suas perguntas sobre a tecnologia emergente.

Há 3 mil milhões de pesquisas no Google todos os dias, e 20% delas nunca foram vistas antes. São como uma linha direta para os pensamentos das pessoas.

Às vezes, é Como é que retiro o encravamento de papel. Outras vezes, são os medos e os desejos secretos que só se atreveriam a partilhar com o Google.

Na minha busca para descobrir uma mina de ouro inexplorada de ideias de conteúdo sobre Bateria de Fosfatos de Ferro de Lítio, uso muitas ferramentas para ouvir dados autocompletos de motores de busca como o Google, e depois rapidamente escolho todas as frases e perguntas úteis, as pessoas estão a perguntar em torno da palavra-chave Bateria de Fosfato de Ferro de Lítio.

É uma mina de ouro de pessoas introspeção, posso usar para criar conteúdo fresco, ultra-útil, produtos e serviços. Do tipo que pessoas, como tu, realmente querem.

As pesquisas de pessoas são o conjunto de dados mais importante alguma vez recolhido na psique humana. Portanto, este livro é um produto vivo, e constantemente atualizado por cada vez mais respostas para novas perguntas sobre Bateria de Fosfato de Ferro de Lítio, feita por pessoas, tal como tu e eu, a questionarem-se sobre esta nova tecnologia emergente e gostariam de saber mais sobre isso.

A abordagem para escrever este livro é obter um nível mais profundo de compreensão de como as pessoas procuram em torno da Bateria de Fosfato de Ferro de Lítio, revelando perguntas e consultas que eu não pensaria necessariamente do topo da minha cabeça, e responder a estas perguntas em palavras super fáceis e digestivas, e navegar o livro de uma forma simples.

Por isso, quando se trata de escrever este livro, assegurei-me de que está o mais otimizado e direcionado possível. Este propósito do livro está a ajudar as pessoas a compreender e a desenvolver os seus conhecimentos sobre a Bateria de Fosfato de Ferro de Lítio. Estou a tentar responder as perguntas das pessoas o mais de perto possível e a mostrar muito mais.

É uma forma fantástica e bonita de explorar questões e problemas que as pessoas têm e responder diretamente, e adicionar insights, validação e criatividade ao conteúdo do livro – até mesmo pitchs e propostas. O livro revela áreas ricas, menos aglomeradas e, por vezes, surpreendentes, de procura de investigação que eu não alcançaria de outra forma. Não há dúvida de que, espera-se que aumente o conhecimento da mente dos potenciais leitores, depois de ler o livro usando esta abordagem.

Apliquei uma abordagem única para tornar o conteúdo deste livro sempre fresco. Esta abordagem depende de ouvir as mentes das pessoas, utilizando as ferramentas de escuta de pesquisa. Esta abordagem ajudou-me a:

Conheça os leitores exatamente onde estão, para que eu possa criar conteúdo relevante que atinge um acorde e impulsiona mais compreensão ao tema.

Mantenha o meu dedo firmemente no pulso, para que eu possa obter atualizações quando as pessoas falam sobre esta tecnologia emergente de novas maneiras, e monitorizar as tendências ao longo do tempo.

Descobrir tesouros ocultos de perguntas precisa de respostas sobre a tecnologia emergente para descobrir insights inesperados e nichos ocultos que impulsionam a relevância do conteúdo e lhe dão uma vantagem vencedora.

O bloco de construção para escrever este livro inclui o seguinte:

(1) Deixei de perder tempo com a intuição e a adivinhação sobre os conteúdos desejados pelos leitores, preenchi o conteúdo do livro com o que as pessoas precisam e despedi-me das intermináveis ideias de conteúdo baseadas em especulações.

(2) Tomei decisões sólidas e tomei menos riscos, para conseguir lugares na primeira fila para o que as pessoas querem ler e querem saber - em tempo real - e utilizar dados de pesquisa para tomar decisões ousadas, sobre quais os tópicos a incluir e quais os tópicos a excluir.

(3) Racionalizei a minha produção de conteúdos para identificar ideias de conteúdo sem ter de analisar manualmente as opiniões individuais para poupar dias e até semanas de tempo.

É maravilhoso ajudar as pessoas a aumentar os seus conhecimentos de uma forma simples, respondendo apenas às suas perguntas.

Penso que a abordagem da escrita deste livro é única à medida que se colide, e acompanha as questões importantes que os leitores fazem sobre os motores de busca.

Agradecimentos

Escrever um livro é mais difícil do que pensava e mais gratificante do que alguma vez poderia imaginar. Nada disto teria sido possível sem o trabalho concluído por investigadores de prestígio, e gostaria de reconhecer os seus esforços para aumentar o conhecimento do público sobre esta tecnologia emergente.

Dedicatória

Para os esclarecidos, aqueles que vêem as coisas de forma diferente, e querem que o mundo seja melhor. Podes discordar demasiado deles, e podes discutir ainda mais com eles, mas não podes ignorá-los, e não podes subestimá-los, porque mudam sempre as coisas... empurram a raça humana para a frente, e enquanto alguns podem vê-los como os loucos ou amadores, outros vêem génio e inovadores, porque aqueles que são iluminados o suficiente para pensar que podem mudar o mundo, são os que o fazem, e levam as pessoas à iluminação.

Epígrafe

A bateria de fosfato de ferro de lítio, muitas vezes conhecida como bateria LFP, é uma forma de bateria de iões de lítio que usa fosfato de ferro de lítio como material cátodo. O ânodo desta bateria é composto por um elétrodo de carbono grafítico que tem um suporte metálico. A densidade energética de uma bateria LFP é inferior à de outros tipos comuns de baterias de iões de lítio, como o Níquel Manganese Cobalt (NMC) e o Níquel Cobalto (NCA), e também tem uma tensão de funcionamento mais baixa; As baterias LFP da CATL estão atualmente a 125 watts horas (Wh) por kg, até possivelmente 160 Wh/kg com tecnologia de embalagem melhorada, enquanto as baterias LFP da BYD estão a 150 Wh/kg, o que é comparado com mais de 300, notavelmente, a densidade energética das baterias Panasonic 2170 que serão utilizadas no Tesla Model 3 no ano de 2020 é de cerca de 260 Wh/kg,  que é aproximadamente 70 por cento do valor dos seus químicos puros.

Tabela de Conteúdos

Direitos autorais

Bónus

Prefácio

Introdução

Agradecimentos

Dedicatória

Epígrafe

Tabela de Conteúdos

Capítulo 1: Bateria de fosfato de ferro de lítio

Capítulo 2: Bateria de iões de lítio

Capítulo 3: Bateria recarregável

Capítulo 4: Bateria de polímeros de lítio

Capítulo 5: John B. Goodenough

Capítulo 6: Fosfato de ferro de lítio

Capítulo 7: Óxido de cobalto de lítio

Capítulo 8: Bateria de veículos elétricos

Capítulo 9: Bateria de estado sólido

Capítulo 1: Bateria de ar de lítio

Capítulo 14: Bateria de iões de sódio

Capítulo 16: Bateria de iões de alumínio

Capítulo 13: Comparação dos tipos de baterias comerciais

Capítulo 17: Investigação em baterias de iões de lítio

Capítulo 15: Bateria orgânica híbrida de lítio

Capítulo 18: Bateria de magnésio

Capítulo 19: Bateria de vidro

Capítulo 18: Óxidos de alumínio cobalto de níquel de lítio

Capítulo 19: Óxidos de cobalto de níquel de níquel de lítio

Capítulo 20: Arumugam Manthiram

Capítulo 21: História da bateria de iões de lítio

Epílogo

Sobre o Autor

Brevemente

Apêndices: Tecnologias Emergentes em Cada Indústria

Capítulo 1: Bateria de fosfato de ferro de lítio

A bateria de fosfato de ferro de lítio (bateria LiFePO4) ou bateria LFP (ferrofosfato de lítio) é um tipo de bateria de iões de lítio utilizando fosfato de ferro de lítio (LiFePO4) como material de cátodo, bem como um ânodo que consiste num elétrodo de carbono grafítico com suporte metálico.

Quando comparada com a densidade energética de outros tipos populares de baterias de iões de lítio, como as baterias de níquel manganésio cobalto (NMC) e níquel cobalto, a densidade energética de uma bateria LFP é menor (NCA), também tem uma tensão de trabalho mais baixa; As baterias LFP da CALT estão agora avaliadas em 125 watts por quilograma, mas espera-se que atinjam os 150 Wh por kg num futuro próximo.

Talvez até 160 Wh/kg se a técnica utilizada para a embalagem for melhorada, enquanto as baterias LFP utilizadas pela BYD têm uma capacidade de 150 Wh/kg, enquanto as baterias NMC mais altas têm uma densidade energética superior a 300 Wh/kg.

As baterias LFP estão a encontrar muitos usos em vários campos, incluindo uso de automóveis, aplicações estacionárias de escala de utilidade e energia de reserva. Isto acontece por uma variedade de razões, incluindo o seu custo reduzido, alta segurança, baixa toxicidade e vida útil prolongada.

LiFePO4 é um mineral natural da família olivina (triphylite).

John B. Arumugam e Arumugam Manthiram

A família de materiais de cátodo para baterias de iões de lítio foi reconhecida pela primeira vez graças a Goodenough.

LFP contendo catiões derivados de elementos como alumínio, nióbio e zircónio.

Nas primeiras versões das baterias de iões de lítio, os elétrodos negativos, também conhecidos como ânodo, foram formados de cocaína de petróleo. Versões posteriores da bateria empregaram grafite natural ou sintética.

Tensão celular

Tensão mínima de descarga = 2,5 V

Tensão de trabalho = 3.0 ~ 3,2 V

Tensão máxima de carga = 3,65 V

A densidade energética volutétrica é de 790 kJ por litro ou de 220 Wh por litro.

Densidade energética determinada pela gravidade mais de 90 Wh/kg (580 J/g).

Dependendo das definições, a vida útil do ciclo pode estar em qualquer lugar de 2.700 a mais de 10.000 ciclos.

A bateria LFP faz uso de uma química que é gerada a partir de iões de lítio e partilha muitos dos benefícios e desvantagens que estão associados a outros químicos de bateria de iões de lítio. No entanto, há grandes distinções entre os dois.

O Níquel não está presente na LFP.

O custo reportado das células LFP foi tão baixo como $80 por kWh (12,5Wh/$) no ano de 2020.

A vida útil das baterias feitas com química LFP é muito maior do que a das baterias feitas com outras químicas de iões de lítio. Pode suportar mais de 3.000 ciclos na maioria das situações, e pode suportar mais de 10.000 ciclos nas melhores circunstâncias. Dependendo das circunstâncias, as pilhas NMC podem resistir a qualquer lugar entre 1.000 e 2.300 ciclos.

Como resultado da tensão de saída padrão de 3,2 V, quando ligadas em série, quatro células têm a capacidade de produzir uma tensão de 12,8 volts.

Este valor está bastante próximo da tensão nominal das pilhas de ácido de chumbo que incluem seis células.

Além das qualidades favoráveis em termos de segurança que as baterias LFP fornecem, por isso, as baterias LFP são um excelente candidato para uso em locais onde já são usadas baterias de ácido de chumbo, como nas indústrias automóvel e solar.

Desde que os sistemas de carregamento sejam modificados de modo a evitar que as células LFP sejam danificadas por tensões de carga elevadas (para além de 3,6 volts DC por célula enquanto estão sob carga), o ajuste de tensão baseado na correção da temperatura, os esforços de equipaização ou o carregamento constante de gotas.

Antes da embalagem ser montada, as células LFP têm de ser inicialmente equilibradas no mínimo, e deve ser criado um mecanismo de proteção para garantir que nenhuma das células possa ser descarregada para uma tensão inferior a 2,5 volts. Se isso acontecer, a embalagem será quase certamente severamente danificada, devido à desintercacional irreversível do LiFePO4 no FePO4.

A estabilidade térmica e química desta química de iões de lítio é uma vantagem significativa sobre a de outras químicas de iões de lítio, o que aumenta a segurança das baterias.

A densidade energética (energia/volume) de uma nova bateria LFP é cerca de 14% inferior à de uma nova bateria LiCoO2 .

Além disso, vários fabricantes de LFPs, além das células encontradas dentro de uma