مزايا التطبيق وآفاق السوق من بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد (لفب) في أضواء الطوارئ ، أضواء واقية من الانفجار ، والأضواء الشمسية

مقدمة لبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم

بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد (ليفيبوبتيك ، يختصر كما لفب) هي نوع من بطارية ليثيوم أيون التي تستخدم فوسفات الحديد الليثيوم كمادة الكاثود. تتميز بطاريات الليثيوم أيون عن غيرها من كيمياء بطاريات الليثيوم أيون (مثل أكسيد الكوبالت الليثيوم ، وثاني أكسيد الليوكو) ، وتتميز بخصائص فريدة تجعلها مناسبة للغاية لتطبيقات إضاءة محددة. وتشمل مزاياها الأساسية الاستقرار الحراري ممتازة, دورة حياة طويلة, سلامة عالية, والملاءمة البيئية&[مدش]; الصفات التي تعالج مباشرة المتطلبات الحرجة من أضواء الطوارئ, أضواء واقية من الانفجار, والأضواء الشمسية.

مزايا تطبيق بطاريات لفب في مجالات الإضاءة الرئيسية

أضواء الطوارئ

تم تصميم أضواء الطوارئ لتوفير إضاءة موثوقة أثناء انقطاع التيار الكهربائي (الناجمة عن الكوارث الطبيعية ، وفشل الشبكة ، أو الحوادث) ويجب أن تعمل بشكل مستمر لمدة محددة (عادة 90 دقيقة أو أكثر ، وفقا للمعايير الدولية مثل إيك 60598). بطاريات لفب محاذاة تماما مع هذه المطالب ، وتقدم المزايا التالية:

سلامة لا مثيل لها: غالبا ما يتم تثبيت مصابيح الطوارئ في الأماكن العامة (المستشفيات ومراكز التسوق ومحطات مترو الأنفاق) حيث تكون السلامة ذات أهمية قصوى. بطاريات لفب لديها بنية كيميائية جوهرية تقاوم هارب الحرارية & [مدش]; حتى في ظل الظروف القاسية (على سبيل المثال, الشحن الزائد, قصر الدائرة, أو التأثير المادي), نادرا ما تشتعل فيها النيران أو تنفجر. هذا يلغي مخاطر السلامة المرتبطة بأنواع البطاريات الأخرى (على سبيل المثال ، بطاريات الرصاص الحمضية ، التي قد تتسرب من الحمض ، أو بطاريات ثاني أكسيد الكربون ، المعرضة للهروب الحراري).

أداء تفريغ مستقر: أثناء انقطاع التيار الكهربائي ، تتطلب مصابيح الطوارئ سطوعا ثابتا لتوجيه الإخلاء. بطاريات لفب الحفاظ على منحنى الجهد التفريغ شقة (عادة 3.2 فولت لكل خلية) طوال معظم دورة التفريغ ، وضمان إخراج الضوء لا تزال مستقرة ولا قاتمة قبل الأوان. في المقابل ، تعاني بطاريات الرصاص الحمضية من انخفاض كبير في الجهد أثناء تفريغها ، مما يؤدي إلى انخفاض السطوع في المراحل اللاحقة.

عمر خدمة طويل: مصابيح الطوارئ هي أجهزة منخفضة الصيانة ، واستبدال البطارية المتكرر مكلف ومزعج. بطاريات لفب توفر دورة حياة 2,000 & ندش]; 5,000 دورات (في 80% عمق التفريغ, وزارة الدفاع), وهو ما يترجم إلى خدمة الحياة من 5&ندش]; 10 سنوات. هذا هو 3&ندش]; 5 مرات أطول من بطاريات الرصاص الحمضية (عادة 1 & ندش]; 2 سنوات), خفض تكاليف الصيانة والتوقف.

القدرة على التكيف مع درجات الحرارة على نطاق واسع: قد تعمل مصابيح الطوارئ في البيئات القاسية ، من المستودعات الباردة (-20 درجة مئوية) إلى المنشآت الصناعية الساخنة (60 درجة مئوية). تعمل بطاريات الرصاص الحمضية بشكل موثوق ضمن نطاق درجة حرارة من -20 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية ، في حين أن بطاريات الرصاص الحمضية غالبا ما تفقد قدرتها في درجات الحرارة المنخفضة وتتحلل بسرعة في درجات الحرارة المرتفعة.

أضواء واقية من الانفجار

تستخدم الأضواء المقاومة للانفجار في البيئات الخطرة (مصافي النفط والمصانع الكيماوية ومناجم الفحم ومحطات الوقود) حيث قد توجد غازات أو أبخرة أو غبار قابل للاشتعال. الشرط الأساسي لهذه الأضواء هو السلامة الجوهرية لمنع اشتعال الأجواء المتفجرة. بطاريات لفب هي الحل المفضل لتخزين الطاقة لهذا المجال بسبب:

الاستقرار الحراري متفوقة: درجة حرارة التحلل من مادة الكاثود لفب ما يقرب من 600 درجة مئوية ، أعلى بكثير من أن ليكو ثاني أكسيد (200-300 درجة مئوية) أو أكسيد المنغنيز الليثيوم (ليمنيوكويك ، ~250 درجة مئوية). هذه درجة حرارة التحلل عالية يعني بطاريات لفب لا تطلق الأكسجين أو الشوارد القابلة للاشتعال حتى عندما محموما ، والقضاء على خطر إشعال الغازات المتفجرة (على سبيل المثال ، الميثان والبروبان) في البيئة.

عدم وجود تسرب للمعادن الثقيلة: تتعرض الأضواء المقاومة للانفجار في البيئات الكيميائية أو التعدين لخطر التلف المادي (على سبيل المثال ، تأثير الحطام المتساقط). بطاريات لفب لا تحتوي على المعادن الثقيلة السامة (مثل الرصاص والكادميوم ، أو الكوبالت) ، لذلك حتى لو تلف حالة البطارية ، لا يوجد خطر تسرب المعادن الثقيلة&[مدش] ؛ تجنب التلوث البيئي ومخاطر السلامة إضافية في مناطق العمل الحساسة.

انخفاض معدل التفريغ الذاتي: قد يتم تخزين الأضواء المقاومة للانفجار في المواقع النائية (على سبيل المثال ، منصات النفط البحرية) لفترات طويلة دون استخدام. بطاريات لفب لديها معدل التفريغ الذاتي أقل من 3 ٪ شهريا (في 25 درجة مئوية) ، مقارنة مع 5-8 ٪ لبطاريات الرصاص الحمضية. يضمن ذلك احتفاظ البطارية بشحنة كافية لتشغيل الضوء عند الحاجة ، مما يقلل الحاجة إلى فحوصات إعادة الشحن المتكررة.

أضواء الشمسية

تعتمد المصابيح الشمسية على الألواح الكهروضوئية لشحن البطاريات أثناء النهار واستخدام الطاقة المخزنة للإضاءة في الليل. يعتمد أدائها بشكل كبير على قدرة البطارية على تحمل دورات الشحن والتفريغ المتكررة ، والتكيف مع درجات الحرارة الخارجية ، وزيادة استخدام الطاقة. بطاريات لفب تتفوق في هذا السيناريو للأسباب التالية:

دورة حياة عالية وتحمل وزارة الدفاع: تخضع المصابيح الشمسية لدورات شحن وتفريغ يومية (دورة واحدة في اليوم) ، لذا فإن طول عمر البطارية أمر بالغ الأهمية. بطاريات لفب دعم 2,000&ندش]; 5,000 دورات في 80% وزارة الدفاع, وهذا يعني أنها يمكن أن تعمل ل 5&ندش]; 13 سنوات (على افتراض 365 دورات في السنة)&[مدش]; تتجاوز بكثير 1&ندش]; 3 عمر سنة من بطاريات الرصاص الحمضية (التي تدعم عادة فقط 300 & ندش]; 500 دورات). بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للبطاريات لفب تحمل التفريغ العميق (حتى 100 ٪ وزارة الدفاع في بعض الأحيان) دون ضرر كبير ، في حين أن بطاريات الرصاص الحمضية عرضة لفقدان القدرة الدائمة إذا تفريغها أقل من 50 ٪ وزارة الدفاع.

كفاءة تحويل الطاقة: بطاريات لفب لديها معدل قبول تهمة عالية ، والسماح لهم لامتصاص الطاقة بسرعة من الألواح الكهروضوئية & [مدش] ؛ حتى خلال فترات ضعف أشعة الشمس (على سبيل المثال ، الأيام الملبدة بالغيوم). يضمن منحنى التفريغ المسطح أيضا أن يحافظ الضوء على سطوع ثابت طوال الليل ، في حين أن بطاريات الرصاص الحمضية قد تسبب التعتيم مع انخفاض الجهد.

القدرة على التكيف البيئي: تتعرض المصابيح الشمسية لظروف خارجية ، بما في ذلك درجات الحرارة القصوى والرطوبة والمطر. بطاريات لفب أداء مستقر في درجات حرارة تتراوح بين -20 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية (مع إصدارات درجة حرارة منخفضة المتاحة لبيئات -40 درجة مئوية) ولها مقاومة ممتازة للماء عندما يقترن أغلفة مختومة. في المقابل ، تعتبر بطاريات الرصاص الحمضية حساسة لتقلبات درجات الحرارة وقد تتآكل في البيئات الرطبة ، مما يقلل من عمرها الافتراضي.

تصميم خفيف الوزن وصغير الحجم: غالبا ما تحتوي المصابيح الشمسية (خاصة الموديلات المحمولة أو المثبتة في الشوارع) على قيود على المساحة والوزن. بطاريات لفب لديها كثافة الطاقة العالية (120&ندش]; 180 واط/كلغ), الذي 1.5&ندش]; 2 مرات من بطاريات الرصاص الحمضية (~50 & ندش]; 80 واط/كلغ). وهذا يسمح لأصغر, حزم البطارية أخف وزنا, تبسيط تصميم وتركيب المصابيح الشمسية&[مدش]; ولا سيما في المناطق النائية حيث تكاليف النقل والتركيب مرتفعة.

آفاق السوق من بطاريات لفب في مجالات الإضاءة الثلاثة

محركات السوق

نمو السوق من بطاريات لفب في أضواء الطوارئ ، أضواء واقية من الانفجار ، والمصابيح الشمسية هو الدافع وراء ثلاثة عوامل رئيسية:

1. لوائح السلامة والبيئة الصارمة: تقوم الحكومات في جميع أنحاء العالم بتشديد معايير السلامة للمرافق العامة وأماكن العمل الصناعية. على سبيل المثال ، تفرض شهادة سي للاتحاد الأوروبي متطلبات السلامة الصارمة لأضواء الطوارئ ، في حين أن معايير سلسلة غب 3836 الصينية للمعدات واقية من الانفجار تفضل صراحة البطاريات مع الاستقرار الحراري العالي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الحظر العالمي على بطاريات الرصاص الحمضية في مناطق معينة (على سبيل المثال ، تقييد الاتحاد الأوروبي للمواد الخطرة ، بنفايات) يسرع التحول إلى بطاريات الرصاص الحمضية.

2. التطور السريع للطاقة المتجددة: تعمل الدفعة العالمية من أجل حياد الكربون على تعزيز سوق الإضاءة الشمسية-تستثمر الحكومات في دول مثل الهند والبرازيل وكينيا بكثافة في مصابيح الشوارع الشمسية لكهربة المناطق الريفية. مع نمو الطلب على الضوء الشمسي ، يزداد الطلب على بطاريات إل أف موثوقة وطويلة الأمد.

3. تخفيض تكلفة بطاريات لفب: في السنوات الأخيرة ، أدى التقدم في إنتاج بطاريات لفب (على سبيل المثال ، تخليق مواد الكاثود ، وأتمتة تصنيع الخلايا) إلى خفض التكاليف بنسبة 70 ٪ تقريبا منذ عام 2015. هذا التكافؤ في التكلفة مع بطاريات الرصاص الحمضية جعل بطاريات لفب أكثر سهولة لتطبيقات الإضاءة المتوسطة إلى المنخفضة نهاية.

حجم السوق وتوقعات النمو

أضواء الطوارئ: من المتوقع أن يصل سوق ضوء الطوارئ العالمي إلى 4.2 مليار دولار بحلول عام 2030 ، بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 5.8٪. ومن المتوقع أن تستحوذ بطاريات إل إف ، التي تمثل حوالي 35 ٪ من قطاع تخزين الطاقة في عام 2023 ، على 55 ٪ بحلول عام 2030 بسبب مزايا السلامة وطول العمر.

الأضواء المقاومة للانفجار: تبلغ قيمة سوق الإضاءة العالمية المقاومة للانفجار 2.8 مليار دولار في عام 2023 ومن المتوقع أن ينمو بمعدل نمو سنوي مركب قدره 6.2 ٪ إلى 4.5 مليار دولار بحلول عام 2030. بطاريات لفب هي الخيار المهيمن في هذا القطاع (حاليا ~70 ٪ حصة السوق) وسوف تحافظ على هذا الموقف بسبب متطلبات السلامة غير القابلة للتفاوض.

Lights الأضواء الشمسية: السوق العالمي للضوء الشمسي هو الأسرع نموا ، بمعدل نمو سنوي مركب متوقع يبلغ 12.5 ٪ ليصل إلى 18.6 مليار دولار بحلول عام 2030 (ارتفاعا من 8.1 مليار دولار في عام 2023). وستنمو بطاريات الطاقة الشمسية ، التي تمتلك حاليا حوالي 45٪ من سوق بطاريات الطاقة الشمسية الخفيفة ، إلى 65 ٪ بحلول عام 2030 حيث يؤدي انخفاض التكلفة ومزايا الأداء إلى اعتماد مشاريع كهربة الريف والمدن الذكية.

التحديات والفرص الرئيسية في السوق

التحديات:

- أداء درجات الحرارة المنخفضة: في حين أن بطاريات لفب أداء أفضل من بطاريات الرصاص الحمضية في الطقس البارد ، قد تنخفض قدرتها بنسبة 20-30 ٪ في -20 درجة مئوية تطوير تركيبات لفب منخفضة الحرارة (على سبيل المثال ، إضافة إضافات بالكهرباء) هو التحدي الرئيسي.
Volatility تقلبات سلسلة التوريد: يعتمد إنتاج كاثودات لفب على الحديد والفوسفور والليثيوم&[مدش] ؛ تقلبات أسعار المواد الخام (على سبيل المثال ، ارتفاع أسعار الليثيوم في عام 2022) يمكن أن تؤثر على تكاليف البطارية.

الفرص:

- التكامل الإضاءة الذكية: صعود أضواء الطوارئ الذكية وأضواء الشوارع الشمسية (مجهزة أجهزة الاستشعار والاتصال تقنيات عمليات) يتطلب بطاريات مع التفريغ مستقرة والموثوقية على المدى الطويل&[مدش]; المناطق التي بطاريات لفب تتفوق.
- الأسواق الناشئة: التحضر السريع في جنوب شرق آسيا وأفريقيا وأمريكا اللاتينية يزيد الطلب على الطوارئ والأضواء الشمسية. تعد البطاريات منخفضة التكلفة ، مع احتياجات الصيانة المنخفضة، مناسبة تماما لقيود البنية التحتية في هذه المناطق.

4. خاتمة

بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد (لفب) ، مع سلامة متفوقة ، دورة حياة طويلة ، والقدرة على التكيف البيئي ، هي في وضع فريد للسيطرة على احتياجات تخزين الطاقة من أضواء الطوارئ ، أضواء واقية من الانفجار ، والمصابيح الشمسية. وبما أن اللوائح العالمية تعطي الأولوية للسلامة والاستدامة ، ومع استمرار انخفاض تكاليف البطاريات منخفضة التكلفة ، فإن تغلغلها في السوق في قطاعات الإضاءة الثلاثة هذه سوف يتسارع.

لأضواء الطوارئ ، بطاريات لفب حل نقاط الألم الأساسية للسلامة والصيانة ؛ للأضواء واقية من الانفجار ، فإنها توفر الاستقرار الحراري لا يمكن الاستغناء عنه في البيئات الخطرة ؛ للأضواء الشمسية ، فإنها تمكن على المدى الطويل ، عملية منخفضة التكلفة في إعدادات خارج الشبكة. واستشرافا للمستقبل ، فإن سوق البطارية لفب في هذه المجالات الإضاءة لن تنمو فقط في الحجم ولكن أيضا دفع الابتكار&[مدش]; مثل البطاريات ذات درجات الحرارة المنخفضة وحلول تخزين الطاقة الذكية المتكاملة & [مدش]; ترسيخ دورها كعامل تمكين حاسم من آمنة, الإضاءة المستدامة في جميع أنحاء العالم.