LiFePO4 กับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบบไหนดีกว่ากัน?

เมื่อพูดถึงการเลือกแบตเตอรี่ที่เหมาะสมกับความต้องการของคุณ มีหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณา แบตเตอรี่ LiFePO4 และลิเธียมไอออนเป็นตัวเลือกที่นิยม แต่ตัวไหนดีกว่ากัน บทความนี้จะเปรียบเทียบประเภทแบตเตอรี่ทั้งสองในด้านประสิทธิภาพ ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และต้นทุน เพื่อช่วยให้คุณตัดสินใจอย่างมีข้อมูลเมื่อเลือกระหว่าง LiFePO4 กับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

พื้นฐานเกี่ยวกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

ประวัติและการพัฒนาของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

ประวัติและการพัฒนาของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเริ่มต้นในทศวรรษ 1970 โดยนักวิทยาศาสตร์ทำงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้ ในปี 1985 อากิระ โยชิโน ได้พัฒนาต้นแบบของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสมัยใหม่ ซึ่งใช้แอโนดคาร์บอนแทนโลหะลิเธียม ซึ่งถูกนำไปเชิงพาณิชย์โดยทีมงานของโซนี่และอาซาฮี คาเซอิ ที่นำโดยโยชิโอะ 

ในปลายทศวรรษ 1970 นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกเริ่มพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งต่อมาใช้ในผลิตภัณฑ์ผู้บริโภค เช่น โทรศัพท์มือถือและแล็ปท็อปในปี 1996 โกลเดนัฟฟ์ อักขยา ปัดดิ และเพื่อนร่วมงานเสนอให้ใช้เหล็กในแบตเตอรี่ลิเธียมในทศวรรษ 1990 

ในปี 1991 โซนี่ได้เชิงพาณิชย์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดรองสำหรับการเติบโตอย่างรวดเร็วในยอดขายและประโยชน์เมื่อเทียบกับระบบแบตเตอรี่ชาร์จซ้ำ อัลเลสซานโดร โวลต้า ค้นพบแบตเตอรี่จริงครั้งแรกในปี 1800 ซึ่งทำจากแผ่นทองแดง (Cu) และสังกะสีซ้อนกัน ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ก็มีความก้าวหน้าที่น่าทึ่งกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

วิธีการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถ่ายโอนไอออนลิเธียมและอิเล็กตรอนจากแอโนดไปยังแคโทด การเคลื่อนที่ของไอออนลิเธียมสร้างอิเล็กตรอนอิสระในแอโนด ซึ่งสร้างประจุไฟฟ้าที่ตัวเก็บประจุไฟฟ้าบวก กระแสไฟฟ้านี้ไหลจากตัวเก็บประจุไฟฟ้าผ่านอุปกรณ์ที่จ่ายพลังงาน (โทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์ ฯลฯ) ไปยังตัวเก็บประจุไฟฟ้าลบ 

ที่แอโนด ลิเธียมเป็นกลางจะถูกออกซิไดซ์และปล่อยอิเล็กตรอนเดียวของมันเมื่อเคลื่อนที่ไปยังแคโทด ในขณะเดียวกัน ที่แคโทด โมเลกุลออกซิเจนรับอิเล็กตรอนเหล่านี้และรวมกับไอออนลิเธียมเพื่อสร้างโมเลกุลของลิเธียมเปอร์ออกไซด์ กระบวนการนี้จะย้อนกลับเมื่อชาร์จแบตเตอรี่: โมเลกุลออกซิเจนแตกตัวและปล่อยอิเล็กตรอนและไอออนลิเธียม ซึ่งเดินทางกลับไปยังแอโนด วงจรการชาร์จและการปล่อยนี้ช่วยให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถให้พลังงานอย่างต่อเนื่อง

ข้อดีของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีข้อได้เปรียบหลายประการเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ชาร์จซ้ำชนิดอื่น ข้อได้เปรียบหลักของแบตเตอรี่เหล่านี้คือความหนาแน่นพลังงานสูง ซึ่งเป็นหนึ่งในสูงสุดในตลาดแบตเตอรี่ชาร์จซ้ำที่ 100-265 Wh/kg ซึ่งช่วยให้ชาร์จไฟได้นานขึ้นและอัตราสำหรับพลังงานต่อ น้ำหนัก สูงกว่าประเภทแบตเตอรี่อื่น ๆ 

นอกจากนี้ แบตเตอรี่เหล่านี้ยังมีอายุการเก็บรักษายาวนาน คาดว่าจะอยู่ได้นาน 5-7 ปี ที่อุณหภูมิ 20°C/68°F พวกเขายังมีประสิทธิภาพพลังงานสูงและอัตราการปล่อยพลังงานต่ำ นอกจากนี้ แบตเตอรี่ลิเธียมยังมีความลึกของการปล่อยพลังงานสูงกว่าประเภทแบตเตอรี่อื่น คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานหลายประเภท

ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับแบตเตอรี่ LiFePO4

ประวัติและการพัฒนาของแบตเตอรี่ LiFePO4

ประวัติและการพัฒนาของแบตเตอรี่ LiFePO4 เริ่มต้นในทศวรรษ 1970 เมื่อเริ่มมีงานวิจัยพื้นฐานเกี่ยวกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ได้มีความก้าวหน้าที่น่าทึ่งในการพัฒนาแบตเตอรี่ LiFePO4 

วิทเทอแฮมเสนอให้ใช้ลิเธียมในแบตเตอรี่ในปี ค.ศ. 1976 ขณะที่เขาเป็นวิศวกรอยู่ที่บริษัทน้ำมันในประเทศไทย ในปี ค.ศ. 1996 กลุ่มวิจัยของจอห์น บี. กูดเดนอฟฟ์ ที่มหาวิทยาลัยเท็กซัสได้เผยแพร่ผลงานวิจัยเกี่ยวกับ LiFePO4 เป็นวัสดุแคโทด 

ต่อมา เทคโนโลยีนี้ได้รับการพัฒนาและปรับปรุงเพิ่มเติม นำไปสู่การชาร์จเร็ว ความอิสระในการใช้งานมากขึ้น แบตเตอรี่ที่เบาลง และต้นทุนที่ต่ำลง นอกจากนี้ อิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์ยังเปิดโอกาสในการออกแบบที่อิสระมากขึ้นและความหนาแน่นพลังงานสูงขึ้น ปัจจุบัน แบตเตอรี่ LiFePO4 ถูกนำไปใช้ในหลายแอปพลิเคชันเนื่องจากต้นทุนต่ำและอายุการใช้งานที่ยาวนาน

วิธีการทำงานของแบตเตอรี่ LiFePO4

แบตเตอรี่ลิเธียมฟอสเฟต (LiFePO4) เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Li-Ion) ที่สามารถชาร์จใหม่ได้ แบตเตอรี่ LiFePO4 ใช้ลิเธียมฟอสเฟตเป็นวัสดุแคโทด พร้อมกับอิเล็กโทรดคาร์บอนกราไฟต์และตัวเก็บประจุโลหะ เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ ตัวชาร์จจะส่งกระแสไฟฟ้าเข้าไปในแบตเตอรี่ และไอออนลิเธียมจะเคลื่อนที่เข้าออกจากวัสดุ LiFePO4 กระบวนการนี้จะปล่อยไฟฟ้าเมื่อปล่อยประจุแบตเตอรี่ 

ข้อดีของแบตเตอรี่ LiFePO4 เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดอื่น ๆ คือความสามารถในการทำงานในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง ทำให้เหมาะสมกับการใช้งานในหลายแอปพลิเคชัน

ข้อได้เปรียบของแบตเตอรี่ LiFePO4

แบตเตอรี่ LiFePO4 มีข้อได้เปรียบมากมายเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมและแบตเตอรี่ตะกั่วกรด พวกมันมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น โดยสามารถเก็บประจุได้นานถึง 350 วัน และสามารถใช้งานได้นานถึงสี่เท่าของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด 

นอกจากนี้ แบตเตอรี่ LiFePO4 ยังมีความสามารถในการปล่อยประจุสูงเกือบ 100% เทียบกับ 80% ของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด ซึ่งหมายความว่าต้องการรอบการชาร์จน้อยลง การทดสอบการเสื่อมสภาพอิสระล่าสุดยังพิสูจน์ได้ว่า เคมีของ LiFePO4 ปลอดภัยกว่าและมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่ากับแบตเตอรี่ลิเธียมชนิดอื่น ข้อดีทั้งหมดนี้ทำให้แบตเตอรี่ LiFePO4 เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานแบบพกพาและแบบติดตั้งถาวร

การเปรียบเทียบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและ LiFePO4

การเปรียบเทียบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Li-ion) กับ LiFePO4 เป็นสิ่งสำคัญเพื่อกำหนดตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานต่าง ๆ แบตเตอรี่ Li-ion มีความหนาแน่นพลังงานสูงกว่า LiFePO4 โดยมีช่วงความหนาแน่นพลังงานตั้งแต่ 160-265 Wh/kg ในขณะที่แบตเตอรี่ LiFePO4 มีความหนาแน่นพลังงานประมาณ 100-170 Wh/kg 

แบตเตอรี่ LiFePO4 มีอายุการใช้งานนานกว่าแบตเตอรี่ Li-ion โดยมีอายุการใช้งานประมาณ 5-7 ปี เทียบกับ 3-5 ปีของแบตเตอรี่ Li-ion นอกจากนี้ แบตเตอรี่ LiFePO4 ยังถือว่าปลอดภัยกว่าด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าและโปรไฟล์ความปลอดภัยที่ดีกว่า ต้นทุนก็เป็นปัจจัยที่ควรพิจารณาเมื่อเปรียบเทียบสองประเภทนี้ เนื่องจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมักมีราคาสูงกว่าแบตเตอรี่ LiFePO4 

สุดท้าย ผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมและต้นทุนของวงจรชีวิตของทั้งสองประเภทควรได้รับการพิจารณาเมื่อเปรียบเทียบ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมักมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าแบตเตอรี่ LiFePO4

การใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและ LiFePO4

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกใช้อย่างแพร่หลายในการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ตั้งแต่สมาร์ทโฟนและแล็ปท็อป ไปจนถึงระบบเก็บพลังงานไฟฟ้า แบตเตอรี่เหล่านี้สามารถชาร์จใหม่ได้ ให้ความหนาแน่นพลังงานสูง อายุรอบการใช้งานยาวนาน และอัตราการปล่อยประจุตนเองต่ำ ทำให้เหมาะสำหรับการจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์พกพา แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังมีศักยภาพสำหรับการใช้งานในระดับใหญ่ เช่น ระบบเก็บพลังงานระดับกริด 

แบตเตอรี่ LiFePO4 ก็เริ่มเป็นที่นิยมมากขึ้นเนื่องจากต้นทุนต่ำและโครงสร้างปราศจากโคบอลต์ มักใช้ในเรือ ระบบโซลาร์ และยานพาหนะ เช่น รถไฮบริดปลั๊กอินและรถไฟฟ้าทั้งหมด แบตเตอรี่ LiFePO4 ยังมีข้อได้เปรียบเหนือแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เช่น ความเสถียรทางความร้อนสูงขึ้นและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น ทั้งสองประเภทไม่ควรทิ้งในขยะในครัวเรือนหรือถังรีไซเคิล และต้องใช้สถานที่รีไซเคิลพิเศษเพื่อการกำจัดที่ถูกต้อง

สรุป

หลังจากทบทวนจุดสำคัญในการเปรียบเทียบระหว่างแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและ LiFePO4 ก็ชัดเจนว่าทั้งสองเทคโนโลยีมีข้อดีและข้อเสียที่แตกต่างกัน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีความหนาแน่นพลังงานสูงกว่า ให้พลังงานออกมาได้มากกว่า และมีต้นทุนที่คุ้มค่ากว่าแบตเตอรี่ LiFePO4 อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ LiFePO4 มีอายุการใช้งานที่นานกว่าและปลอดภัยกว่าระบบลิเธียมไอออน ขึ้นอยู่กับการใช้งาน เทคโนโลยีใดอาจเหมาะสมกว่า ตัวอย่างเช่น หากคุณต้องการพลังงานสูงและไม่รังเกียจเปลี่ยนแบตเตอรี่ทุกไม่กี่ปี แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอาจเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า แต่ถ้าความปลอดภัยเป็นสิ่งสำคัญหรือคุณต้องการอายุแบตเตอรี่ที่ยาวนานกว่า แบตเตอรี่ LiFePO4 อาจเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า