Hiện tại, Pin LiFePo4 được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử. Vậy loại pin này có gì đặc biệt mà khiến nó được ứng dụng nhiều đến vậy? Câu trả lời sẽ được chúng tôi chia sẻ chi tiết bên dưới bài viết này.
1. Pin LiFePO4 là gì?
LiFePO4 (Pin Lithium iron phosphate) hay còn gọi tắt là pin LFP, là một loại pin sạc thuộc họ pin lithium, trong đó cell pin được làm bằng chất liệu LiFePO4. Pin Lithium iron phosphate có mật độ năng lượng rất cao, thời gian chạy lâu, tuổi thọ rất cao và an toàn.
LiFePO4 là một khoáng chất tự nhiên thuộc họ olivin (trilobite). Chất này lần đầu tiên được sử dụng làm vật liệu catốt vào năm 1996 bởi John B. Goodenough, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Texas. Do giá thành rẻ, không độc, có sẵn sắt trong tự nhiên, ổn định nhiệt độ, an toàn, hiệu suất điện hóa và dung lượng lưu trữ (170 mA, h/g hoặc 610 C/g), pin LFP đã nhanh chóng được một số thị trường chấp nhận chẳng hạn như quân sự, giao thông vận tải, hệ thống năng lượng mặt trời,…
2/ Cách hoạt động của pin LiFePO4
Pin LiFePO4 sử dụng lithium iron phosphate làm vật liệu điện cực dương. Vật liệu điện cực dương cho pin lithium-ion bao gồm coban (Co), niken (Ni), mangan (Mn) và sắt (Fe). Lithium coban là vật liệu cực âm được sử dụng trong hầu hết các loại pin lithium-ion hiện nay. Khi pin lithium iron phosphate được sạc, các ion Li + Li ở điện cực dương sẽ di chuyển đến điện cực âm qua bộ phân tách polyme; khi pin phóng điện, các ion Li + Li ở điện cực âm sẽ di chuyển sang điện cực dương qua dải phân cách. Trong quá trình sạc và xả pin lithium iron phosphate, các ion lithium di chuyển qua lại.
3/ Độ an toàn khi sử dụng LiFePO4
Một ưu điểm quan trọng của Li-ion là tính ổn định hóa học và nhiệt độ, giúp tăng độ an toàn của pin. LiFePO4 là vật liệu catốt an toàn hơn LiCoO2 và Spinel mangan. Fe-P-O có tính kết dính mạnh hơn Co-O nên nguyên tử oxy khó thoát ra trong trường hợp hỏng hóc (đoản mạch, quá nhiệt, v.v.). Sự ổn định của phản ứng oxy hóa khử cũng góp phần vào sự chuyển động nhanh chóng của các ion.
– Khi pin trong ngăn LiFePO4 được sạc đầy, không có liti còn lại ở cực âm, trong khi có tới 50% lượng liti trong ngăn LiCoO2 vẫn còn ở cực âm. LiFePO4 rất ổn định trong điều kiện mất oxy, thường dẫn đến phản ứng tỏa nhiệt với các loại pin lithium khác.
– Vì vậy dù trong quá trình sạc luôn tỏa nhiệt nhưng ngăn chứa pin LiFePO4 rất khó bị cháy (nhất là trong quá trình sạc). Pin vẫn có thể bị hỏng do sạc không đúng cách. Nó chỉ được chấp nhận nếu pin lithium iron phosphate không bị phá hủy ở nhiệt độ cao.
4/ Đánh giá pin lithium iron phosphate – LiFePO4
Pin LiFePO4 sử dụng vật liệu nguồn lithium-ion và do đó rất giống với pin lithium-ion. Pin lithium iron phosphate tuy được đánh giá cao nhưng không hẳn là tốt, ngoài những ưu điểm thì loại pin này cũng có một số hạn chế nhỏ.
4.1 Ưu điểm
So với pin lithium-ion, pin lithium iron phosphate có tuổi thọ và thời gian chu kỳ dài hơn nhiều. Pin LiFePO4 hoạt động trên nguyên tắc tương tự như pin niken, với điện áp phóng điện không đổi. Pin có thể chạy rất ổn định cho đến khi cần sạc lại.
Pin LiFePO4 có dòng điện và dung lượng cao hơn so với các loại pin Li-ion khác. Hiện nay, pin lithium iron phosphate được sử dụng rộng rãi để thay thế pin axit-chì vì hệ thống sạc không bị ảnh hưởng bởi điện áp sạc quá cao và không bù áp khi nhiệt độ thay đổi. Đây là loại pin rất thân thiện với môi trường, độ an toàn cao, pin không dễ cháy, không dễ hỏng.
4.2 Nhược điểm
Dù được tích hợp nhiều ưu điểm và tính năng hiện đại nhưng pin LiFePO4 vẫn không mắc phải một số hạn chế nhỏ. Chất lượng và tuổi thọ của pin sẽ giảm cho dù bạn có sử dụng hay không. Cấu trúc pin LiFePO4 luôn có hình dạng nhất định nên rất hạn chế trên các sản phẩm đúc. Ngoài ra, pin lithium iron phosphate rất dễ bị hỏng nếu để điện áp quá thấp trong thời gian dài, điện áp vượt quá giá trị cho phép và dễ bị phù. Pin có thể dễ bị hỏng và phát nổ nếu sử dụng sai mục đích.
5/ Ứng dụng của pin LiFePO4
+ Phương tiện đi lại: Tốc độ phóng điện nhanh, trọng lượng nhẹ và tuổi thọ dài làm cho pin LiFePO4 lý tưởng để sử dụng cho xe điện và xe đạp điện, hệ thống năng lượng mặt trời và bảo vệ.
– Pin LFP “14500” (cỡ AA) cho đèn đường năng lượng mặt trời thay cho pin 1,2 V NiCd/NiMH. Pin LFP cấp cao hơn (3.2 V) chỉ cần một pin để cung cấp năng lượng cho đèn LED, loại bỏ nhu cầu về mạch tăng áp. Khả năng chịu quá tải (so với các loại pin Lithium khác) cho phép pin LiFePO4 được kết nối trực tiếp với pin mặt trời mà không cần mạch điện phức tạp. Sử dụng một tế bào LFP duy nhất cũng làm giảm các vấn đề ăn mòn, ngưng tụ và bám bẩn giữa các cực của tế bào và các cực của pin mặt trời thường gây ra sự cố trong các hệ thống ngoài trời sử dụng pin mặt trời.
– Pin LFP cũng được sử dụng trong hệ thống chiếu sáng an ninh năng lượng hồng ngoại. Pin LFP cỡ AA có dung lượng 600mAh, trong khi đèn LED hồng ngoại sử dụng 60 mA, nên cho phép đèn hoạt động trong 10 giờ. Ở chế độ kích hoạt tự động, hệ thống chiếu sáng đôi khi chỉ sử dụng nguồn điện khoảng 1 mA.
+ Các ứng dụng khác:
– Pin Lithium iron phosphate được sử dụng trong xe điện (đặc biệt là trong các ứng dụng quân sự) yêu cầu tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao.
– Thuốc lá điện tử cũng sử dụng loại pin này.
– Những mô hình ô tô, máy bay không người lái chạy bằng pin này thay thế pin NiMh hoặc LiPo không có quy định điện áp khi sử dụng pin 6,6 V danh nghĩa thay vì 7,4 V danh định. Pin LiPo, yêu cầu điện áp cao hơn một chút là 6,0 V.
___________________________
Qua những chia sẻ trên có thể thấy, pin LiFePO4 có nhiều ưu điểm vượt trội: hoạt động mạnh mẽ, tuổi thọ cao, độ bền cao và rất an toàn, là sự lựa chọn hàng đầu của các nhà sản xuất, thiết bị điện tử và cơ điện. Nhưng bên cạnh những ưu điểm, những loại pin như vậy cũng có những hạn chế. Do đó, hãy lựa chọn mẫu pin LiFePO4 phù hợp nhất theo nhu cầu sử dụng của mình nhé!