Primerjava LiFePO4 baterij z akumulatorji ostalih tehnologij
Kakšne so razlike med svinčeno-kislinskimi, NiCd, NiMH in litij-ionskimi akumulatorji?
Različne akumulatorske tehnologije se razlikujejo po energijski gostoti, življenjski dobi, hitrosti polnjenja, samopraznjenju, varnosti in vplivu na okolje. Zato ni ene same tehnologije, ki bi bila najboljša za vse vrste uporabe.
Med najbolj poznanimi so svinčeno-kislinski akumulatorji (Pb), nikelj-kadmijevi (NiCd), nikelj-metalhidridni (NiMH) ter litij-ionski akumulatorji, med katere spadajo tudi LiCoO2 (LCO) in LiFePO4 (LFP).
Kakšna je energijska gostota posameznih tehnologij?
Energijska gostota glede na maso pove, koliko električne energije lahko akumulator shrani glede na svojo maso. Izražamo jo v Wh/kg.
Okvirne vrednosti so:
-
Svinčeno-kislinski (Pb): 30–50 Wh/kg.
-
Nikelj-kadmijevi (NiCd): 40–80 Wh/kg.
-
Nikelj-metalhidridni (NiMH): 60–120 Wh/kg.
-
Litij-kobaltov oksid (LCO): 150–240 Wh/kg.
-
Litij-železov fosfat (LFP): 90–160 Wh/kg.
Vrednosti so informativne in se razlikujejo glede na izvedbo celic oziroma celotnega baterijskega sklopa.
Litij-ionske tehnologije praviloma omogočajo bistveno manjšo maso pri enaki shranjeni energiji kot svinčeno-kislinski akumulatorji.
Koliko ciklov polnjenja in praznjenja omogočajo?
Življenjska doba akumulatorja je močno odvisna od globine praznjenja, temperature, kakovosti celic in načina uporabe.
Okvirne vrednosti za posamezne tehnologije so:
-
Pb: približno 300–1.000 ciklov, pri nekaterih namenskih cikličnih izvedbah tudi več.
-
NiCd: približno 1.000–2.000 ciklov.
-
NiMH: približno 300–1.000 ciklov.
-
LCO: približno 500–1.000 ciklov.
-
LFP: pogosto 2.000–6.000 ciklov ali več.
Te vrednosti niso neposredno primerljive brez podatka o globini praznjenja in preskusnih pogojih.
LFP tehnologija ima praviloma pomembno prednost pri aplikacijah z vsakodnevnim polnjenjem in praznjenjem.
Kako hitro se posamezni akumulatorji polnijo?
Čas polnjenja ni odvisen samo od tehnologije, temveč tudi od dovoljenega polnilnega toka, kapacitete, temperature in načina polnjenja.
Pri ustrezno zasnovanih sistemih je hitro polnjenje mogoče pri več tehnologijah, vendar vseh akumulatorjev iste kemijske sestave ni dovoljeno polniti z enako visokimi tokovi.
LFP akumulatorji pogosto omogočajo razmeroma hitro polnjenje, medtem ko svinčeno-kislinski akumulatorji običajno potrebujejo daljšo zaključno fazo polnjenja.
Zato univerzalna primerjava, na primer ena ura za eno tehnologijo in pet ur za drugo, ni dovolj natančna.
Kakšne so razlike pri samopraznjenju?
Samopraznjenje pomeni postopno izgubljanje shranjene energije, kadar akumulator ni priključen na porabnik.
Okvirno mesečno samopraznjenje pri sobni temperaturi znaša:
-
Pb: približno 2–5 %.
-
NiCd: pogosto 10–20 % ali več.
-
NiMH: pri klasičnih izvedbah lahko 15–30 %, pri izvedbah z nizkim samopraznjenjem bistveno manj.
-
LCO: približno 1–3 % na ravni celic.
-
LFP: približno 1–3 % na ravni celic.
Pri sodobnih litij-ionskih baterijskih sklopih je treba upoštevati tudi lastno porabo elektronike BMS, ki lahko poveča skupno izgubo energije med skladiščenjem.
Katera tehnologija je najvarnejša?
Varnosti ni mogoče zanesljivo oceniti z eno samo številčno oceno, saj je odvisna od konstrukcije, kakovosti izdelave, zaščitnih sistemov in pogojev uporabe.
Svinčeno-kislinski akumulatorji vsebujejo jedek elektrolit in lahko med polnjenjem sproščajo eksplozivne pline.
NiCd in NiMH tehnologiji imata drugačne varnostne značilnosti, vendar lahko ob nepravilni uporabi prav tako pride do pregrevanja ali poškodb.
Pri litij-ionskih tehnologijah je pomembno preprečevanje prenapolnjenja, kratkega stika in toplotnega pobega.
LFP velja za eno toplotno stabilnejših litij-ionskih tehnologij, vendar tudi pri njej obstajajo nevarnosti ob poškodbah ali nepravilnem delovanju.
Katera tehnologija je najbolj prijazna okolju?
Okoljski vpliv akumulatorjev je treba ocenjevati skozi celoten življenjski cikel, od pridobivanja surovin do proizvodnje, uporabe in recikliranja.
-
Pb: vsebuje svinec in kislino, vendar ima zelo razvit sistem zbiranja in recikliranja.
-
NiCd: vsebuje strupeni kadmij, zato je njegova uporaba v številnih kategorijah omejena.
-
NiMH: ne vsebuje kadmija, vendar lahko vsebuje druge kovine, katerih pridobivanje obremenjuje okolje.
-
LCO: vsebuje kobalt, pri katerem so pomembni okoljski in družbeni vidiki pridobivanja.
-
LFP: ne vsebuje kobalta ali niklja v katodnem materialu in ima pogosto dolgo življenjsko dobo, vendar tudi njegova proizvodnja in recikliranje zahtevata ustrezno ravnanje.
Nobena baterijska tehnologija ni povsem brez vpliva na okolje. Pomembni so dolga življenjska doba, učinkovita uporaba in pravilno recikliranje.
Katero tehnologijo izbrati?
Izbira je odvisna predvsem od namena uporabe.
Za zagonske akumulatorje in številne sisteme rezervnega napajanja so svinčeno-kislinski akumulatorji še vedno zelo razširjeni.
NiCd in NiMH se uporabljata v določenih industrijskih in posebnih aplikacijah.
Litij-ionske tehnologije z visoko energijsko gostoto so primerne tam, kjer sta pomembna majhna masa in omejen prostor.
LiFePO4 pa je pogosto zelo dobra izbira za ciklično uporabo, solarne hranilnike, avtodome, plovila in druge sisteme, kjer so pomembni veliko število ciklov, dobra toplotna stabilnost in velika uporabna kapaciteta.
Pri primerjavi akumulatorjev ni dovolj upoštevati samo cene ali nazivne kapacitete. Pomembni so tudi uporabna energija, življenjska doba, varnostne zahteve, način polnjenja in skupni strošek uporabe skozi celotno življenjsko dobo.