Porównanie 2.5 LiFePO4 i Li-Ion (NMC)

W tym artykule mowa o bateriach litowo-jonowych i litowo-żelazowo-fosforanowych. Po przeczytaniu artykułu i obejrzeniu wideo będziesz w stanie ocenić, który typ baterii najlepiej nadaje się do Twojej aplikacji.

Zanim przejdziemy do poszczególnych technologii, najpierw przyjrzyjmy się różnym formom konstrukcyjnym. Istnieją ogniwa cylindryczne, ogniwa pryzmatyczne i ogniwa woreczkowe. W zależności od producenta można znaleźć różne ogniwa o różnych zawartościach. Forma konstrukcyjna nie mówi więc koniecznie nic o rzeczywistym materiale.

Z zewnątrz nie widać, jakie elementy zostały zamontowane wewnątrz akumulatora. W przypadku Torqeedo Travel 1103 są to na przykład cylindryczne ogniwa. Często są to ogniwa od renomowanych producentów, takich jak Panasonic, Samsung czy Sony. 

Ogniwa cylindryczne mają spośród wszystkich typów najwyższą gęstość energii. Obudowa zewnętrzna jest zazwyczaj wykonana z bardzo cienkiej niklowanej stali. Zaletą ogniw cylindrycznych jest wysoka sztywność i wytrzymałość.

Z powodu okrągłego kształtu ogniwa te nie mogą być jednak efektywnie rozmieszczone wewnątrz obudowy i zajmują stosunkowo dużo miejsca. Kolejną wadą są wyższe koszty produkcji, szczególnie ze względu na materiał warstwy zewnętrznej.

W większości LiFePO4 znajdują się cztery pryzmatyczne ogniwa. Zaletą posiadania tylko 4 pojedynczych ogniw jest łatwiejsze połączenie wewnątrz skrzynki. To oszczędza czas i pieniądze podczas produkcji.

Dzięki prostokątnemu kształtowi przestrzeń może być wykorzystana znacznie efektywniej niż w przypadku ogniwa okrągłego. Obudowa ogniw jest zazwyczaj wykonana z tańszego aluminium. W porównaniu do ogniwa okrągłego, ogniwo pryzmatyczne zajmuje jednak więcej miejsca, a jego obudowa waży również więcej. 

W ePropulsion Spirit 1.0 PLUS stosowane są tak zwane ogniwa Pouch. Różnica w porównaniu do innych form polega na najwyższej gęstości energii i najlepszym wykorzystaniu przestrzeni. Jeśli spojrzymy na przeciętą baterię, zauważymy, że właściwe ogniwa stanowią tylko niewielką część akumulatora.

Obudowa ogniw Pouch składa się z miękkiej folii aluminiowej. W porównaniu do wszystkich innych form jest ona najlżejsza i najbardziej kompaktowa. Zaletą ogniw Pouch jest wysoka gęstość energii i niskie koszty opakowania.

Ogniwa Pouch w porównaniu do innych typów ogniw nie są jednak tak wytrzymałe i stabilne, dlatego powinny być dobrze chronione. Kolejną zaletą jest dobre chłodzenie, ciepło może znacznie łatwiej wydostawać się z ogniw Pouch niż z ogniw pryzmatycznych.

Dalej w tekście przechodzimy do baterii litowych i różnych technologii. Kiedy mówimy o akumulatorach litowych, zazwyczaj mamy na myśli baterie litowo-żelazowo-fosforanowe, czyli chemiczną nazwę LiFePO4. 

W obudowie baterii znajdują się zazwyczaj te niebieskie pryzmatyczne ogniwa. W Chinach jest kilku dużych producentów, na przykład CATL, Calb lub EVE. Zaraz przejdziemy do zalet i wad.

Oprócz tego istnieją jeszcze baterie litowo-jonowe. Pod tym pojęciem kryje się cała gama różnych chemii ogniw. Najczęściej kryje się za nim tlenek litowo-niklowo-kobaltowo-manganowy. Często widzisz skróty NMC, Li-NMC lub NCM. Istnieją jednak również inne mieszanki, takie jak tlenek litowo-niklowo-kobaltowo-aluminiowy lub inne warianty. Wszystkie mają różne zalety i wady.

Baterie litowo-jonowe są zazwyczaj zintegrowane w cylindrycznych ogniwach lub ogniwach typu pouch. Na przykład w akumulatorze ePropulsion Spirit 1.0 PLUS lub Torqeedo Travel 1103. Znasz te baterie litowo-jonowe oczywiście również z samochodów elektrycznych lub rowerów elektrycznych. Są one również zintegrowane w każdym laptopie lub smartfonie.

LiFePO4 waży nieco więcej. Zazwyczaj mamy tutaj prawie 10 kg na kWh. Natomiast Li-NMC ważą czasami tylko między 6 a 7 kg na kWh. 3 kg więcej na kWh brzmi niewiele, ale to wciąż 50% więcej wagi.

Dlatego lżejsze akumulatory litowo-jonowe są również stosowane w samochodach elektrycznych lub skuterach elektrycznych. Tutaj każdy kilogram ma duży wpływ na przyspieszenie, zużycie i zasięg. W sumie jest to więc wyraźna zaleta dla baterii litowo-jonowych.

Jak wygląda kwestia bezpieczeństwa baterii litowych? Akumulatory LiFePO4 mają zdecydowaną przewagę nad akumulatorami litowo-jonowymi: litowo-żelazofosforan nie jest łatwopalny ani wybuchowy. W wiadomościach czasami pojawia się płonący Tesla z akumulatorem litowo-jonowym, który musi być gaszony specjalnym gaśnicą.

Nawet jeśli baterie powodują znacznie mniej szkód w porównaniu do silników spalinowych, warto o tym wiedzieć. W przypadku LiFePO4 naprawdę nic się nie stanie. Jest to szczególnie ważne na wodzie, gdzie akumulatory są trudne do ugaszenia lub straż pożarna ma trudności z interwencją. Litowo-żelazofosforan nie prowadzi również do dalszych szkód dla środowiska.

Przy rozważaniu, czy wybrać litowo-żelazowo-fosforanowe czy litowo-jonowe, dużą rolę odgrywają cykle rozładowania, a tym samym żywotność. Istnieją tu bardzo duże różnice. LiFePO4 ma zazwyczaj 3.000 cykli ładowania przy 80% rozładowaniu, najnowsze akumulatory LiFePO4 mają nawet więcej, czyli 4.000 lub 5.000 cykli ładowania. Akumulatory litowo-jonowe mają natomiast tylko około 800 do 1.000 cykli.

Powinieneś więc dokładnie przemyśleć, jak często bateria będzie używana. Ma to znaczący wpływ na wybór technologii baterii. Jeśli bateria na łodzi będzie rozładowywana i ładowana może 50 razy w roku, to nawet 1.000 cykli ładowania akumulatora litowo-jonowego wystarczy na następne 20 lat.

Jeśli łódź w wypożyczalni łodzi jest używana przez 200 dni w roku, to rocznie zużywa się 400 cykli ładowania. Dlatego zdecydowanie polecamy akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy.

Rzućmy teraz okiem na aktualne ceny. Akumulator litowo-jonowy od Ultiatron o pojemności 7,68 kWh kosztuje od 1.999€. To tylko 260€ za kWh. W przypadku renomowanych marek ceny są często znacznie wyższe: raczej 400 do 600€ za kWh. Cena zależy od zakresu funkcji i łańcucha dostaw. Jeśli zainstalowane jest BMS Bluetooth, akumulator może być połączony szeregowo lub akumulator może wytrzymać większą moc rozładowania, to akumulator logicznie rzecz biorąc kosztuje więcej.

Z drugiej strony mamy akumulator litowo-jonowy od producenta Lithimo, który 6 kWh kosztuje 3.399€. To w końcu dość korzystne 580€ za kWh. Standardowo jednak, jak w przypadku Spirit 1.0 Plus, cena wynosi raczej 800 - 1000€ za kWh.

Baterie litowo-jonowe są używane, gdy bateria ma być jak najlżejsza. Na przykład, gdy mam lekką łódź ślizgową i chcę jak najszybciej wejść w ślizg. Albo gdy regularnie przenoszę baterię, jak w przypadku pontonu lub łodzi wiosłowej. Na przykład w przypadku silnika 1 kW z zintegrowaną baterią, takiego jak Torqeedo Travel 1103 lub ePropulsion Spirit 1.0 PLUS.

W przypadku wszystkich innych łodzi wypornościowych nie ma znaczenia, czy mam 30 kg więcej w łodzi przy baterii 10 kWh. W przypadku jachtów żaglowych, łodzi mieszkalnych i łodzi motorowych w trybie wypornościowym waga nie ma znaczenia. Jednak ogromną różnicę robi to, czy za 10 kWh zapłacę 3.000 do 5.000€ więcej. Dlatego w większych systemach głównie polecamy baterie LiFePO4.

Podsumowując, można powiedzieć: tylko ze względu na cykle ładowania i wyższe bezpieczeństwo, akumulatory LiFePO4 są prawie zawsze zalecane, a ponadto można w ten sposób zaoszczędzić sporo pieniędzy.

Najważniejszą zaletą litowo-żelazowo-fosforanowych akumulatorów jest niższa cena. Akumulatory LiFePO4 są dostępne już od 260€ za kWh. Polecamy na przykład akumulatory firmy Ultimatron, które są naprawdę bardzo przystępne cenowo i częściowo są specjalnie dla nas produkowane.

Akumulatory litowo-jonowe zaczynają się natomiast od 580€ i zazwyczaj kosztują nawet 800 - 1.000€ za kWh. Do łodzi ślizgowych zazwyczaj lepiej nadają się akumulatory litowo-jonowe, po prostu ze względu na mniejszą wagę, co pozytywnie wpływa na zużycie i prędkość.