منافسة البطاريات: بطارية LFP مقابل بطارية NMC.
ما هي أفضل بطارية تخزين الطاقة الشمسية؟
بطارية LFP أم بطارية NMC؟ أيهما أفضل خيار لبناء نظام تخزين الطاقة الشمسية؟
حظيت أنظمة تخزين طاقة بطاريات الليثيوم باهتمام كبير في السنوات الأخيرة. نظرًا لأهمية البطاريات للبشر (لتخزين الطاقة وإتاحتها للاستخدام في أي وقت). مع البحث والتطوير المستمر، هناك العديد من الخيارات في مواد البطاريات.
تُعد مواد البطارية عاملاً مهمًا يؤثر على أداء البطارية، لذلك لا يمكن تجنب المقارنات مع بعضها البعض. إن أكثر المواد الكيميائية استخداماً في أنظمة تخزين الطاقة هما فوسفات حديد الليثيوم (LFP) وكوبالت النيكل المنغنيز (NMC).
بدأت المزيد والمزيد من الشركات في إنتاج بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم لتحل محل بطاريات NMC لتخزين الطاقة المنزلية، ويرجع ذلك أساساً إلى أن بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم أكثر أماناً واستقراراً.
ولكن ليس كل شيء. لا تزال هناك شركات معروفة تستخدم البطاريات الثلاثية كخيار أول لتخزين الطاقة المنزلية. إذن أي البطاريات أكثر ملاءمة؟
تاريخ بطارية الليثيوم وتكوينها
صنع أكيرا يوشينو أول نموذج أولي لبطارية ليثيوم أيون في عام 1985 استنادًا إلى بحث يوشينو وغودينو وويتنغهام الحائز على جائزة نوبل. وصنع فريق في شركة سوني أول بطارية ليثيوم أيون تجارية في عام 1991.
يمكن تقسيم بطارية الليثيوم تقريبًا إلى أربعة مكونات. هذه المكونات الأربعة هي القطب الموجب والقطب السالب والإلكتروليت والفاصل. لا غنى عنها في البطارية. فبدون أحد هذه المكونات، لا يمكن للبطارية أن تعمل. يشير ما نسميه بطارية LFP وبطارية NMC إلى مادة القطب الموجب.
عندما يتم شحن البطارية، تتحرك أيونات الليثيوم من المهبط إلى الأنود عبر الإلكتروليت ويتم تخزينها في هيكل الجرافيت. أثناء عملية التفريغ، تتحرك أيونات الليثيوم مرة أخرى إلى المهبط، منتجةً تياراً كهربائياً يمكن استخدامه لتشغيل الأجهزة الإلكترونية.
ما هي بطارية LFP؟
مادة الكاثود: مادة الكاثود لبطارية LFP هي LiFePO4
مادة القطب السالب: عادةً ما يكون القطب السالب مصنوعًا من الجرافيت أو الكربون الصلب.
التركيب: بالإضافة إلى مواد القطبين الموجب والسالب، تشتمل بطارية LFP أيضًا على إلكتروليت يذوب فيه ملح الليثيوم في مذيب عضوي، وفاصل يعزل القطبين الموجب والسالب.
ترجع الشهرة الحديثة لبطارية LFP بشكل أساسي إلى التطور القوي للمركبات الكهربائية، والتي تتمتع بعمر دورة ممتاز وقوة عالية. وتتمثل جاذبيتها الرئيسية في التكلفة، حيث إنها تتكون من مواد شائعة جدًا (غنية بالحديد).
ما هي بطارية NMC؟
مادة الكاثود: تُصنع مادة الكاثود لبطارية NMC من أكسيد مدمج من النيكل (Ni) والكوبالت (Co) والمنغنيز (Mn)، وعادةً ما يتم التعبير عنها باسم LiNiMnCoO2 (NMC). تحتوي بطارية NMC المختلفة على نسب مختلفة من النيكل والكوبالت والمنغنيز. وتشمل تلك الشائعة منها NMC111 وNMC622 وNMC811.
مادة القطب السالب: عادةً ما يكون القطب السالب مصنوعًا أيضًا من الجرافيت أو الكربون الصلب.
التركيب: على غرار بطارية LFP، تشتمل بطارية NMC أيضًا على إلكتروليتات وفواصل.
تُعد بطارية NMC خيارًا جيدًا أيضًا لتحل محل بطارية الرصاص الحمضية وهي مزيج جيد من الطاقة والقوة، ولكنها مثل العديد من كيميائيات الليثيوم الأخرى تتطلب النيكل والكوبالت، وهي مكلفة نسبيًا في الحصول عليها، على الرغم من أنها توفر طاقة أكثر من بطارية الليثيوم منخفضة الطاقة، ولكن عمرها أقصر أيضًا من عمر دورة البطارية.
بطاريات LFP & نظرة عامة على بطاريات NMC
| بطارية LFP | بطارية NMC | |
|---|---|---|
| الفولتية | 3.20، 3.30 فولت اسمي؛ نطاق التشغيل النموذجي 2.5-3.65 فولت/خلية | 3.60 فولت، 3.70 فولت اسمي؛ نطاق التشغيل النموذجي 3.0-4.2 فولت/خلية أو أعلى |
| الطاقة النوعية (السعة) | 90-120 واط/كغ 90-120 واط/كغ | 150-220 واط ساعة/كجم |
| الشحن (معدل الشحن (ج)) | 1C نموذجي، الشحن إلى 3.65 فولت؛ زمن الشحن النموذجي 3 ساعات | 0.7-1 درجة مئوية، يتم الشحن حتى 4.20 فولت، وبعضها يصل إلى 4.30 فولت، والشحن لمدة 3 ساعات في المعتاد. يقلل تيار الشحن فوق 1C من عمر البطارية. |
| التفريغ (C-معدل التفريغ) | 1C، 25C على بعض الخلايا؛ نبض 40 أمبير (2ثانية)؛ قطع 2.50 فولت (أقل من 2 فولت يسبب تلفًا) | 1C؛ 2C ممكن في بعض الخلايا؛ 2C ممكن في بعض الخلايا؛ 2.50 فولت قطع |
| دورة الحياة | 2000 وأعلى (تتعلق بعمق التصريف ودرجة الحرارة) | 1000-2000 (تتعلق بعمق التفريغ ودرجة الحرارة) |
| الهروب الحراري | 270 درجة مئوية (518 درجة فهرنهايت) بطارية آمنة للغاية حتى لو كانت مشحونة بالكامل | 210 درجة مئوية (410 درجة فهرنهايت) نموذجية. الشحن العالي يعزز الهروب الحراري |
| التكلفة | ~$200 لكل كيلو وات ساعة | ~$420 لكل كيلووات ساعة |
ما هو الفرق بين بطارية lfp وبطارية nmc
المواد الكيميائية
تُعتبر بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم أكثر أمانًا بشكل عام لأنها أكثر تحملاً للشحن الزائد والسخونة الزائدة. إن الثبات الحراري لمركبات فوسفات حديد الليثيوم يجعل بطارية LFP أقل عرضة للهروب الحراري في الظروف القاسية.
ونظراً لارتفاع نسبة النيكل المستخدم في بطارية NMC، فإن بطارية NMC أكثر عرضة للهروب الحراري عند ارتفاع درجة حرارتها، خاصةً في حالات الشحن العالية. تتسبب الطبيعة التقنية والكيميائية لبطارية NMC في ارتفاع درجة حرارتها أثناء الاستخدام والشحن، مما يتطلب تدابير إضافية لتبديد الحرارة.
وبالإضافة إلى ذلك، فإن المواد الموجودة في خلايا LFP أقل سمية بكثير من تلك الموجودة في خلايا NMC، مما يسهل إعادة تدويرها في نهاية عمرها الإنتاجي.
ومع ذلك، فإن احتمالية نشوب حريق بين هاتين البطاريتين لا تزال منخفضة جدًا، ولا يُقال أي بطارية يمكن أن تضمن السلامة المطلقة. من المهم اختيار بطارية ذات نوعية جيدة وصيانة البطارية وإصلاحها بشكل صحيح.
العمر الافتراضي
يمكنك أن ترى بسهولة أن احتفاظ بطارية LFP (نقاط البيانات الزرقاء) بقدرة التفريغ تتجاوز بكثير قدرة بطارية NMC (ممثلة بنقاط البيانات السوداء). دورة شحن/تفريغ واحدة. يوضح الشكل أن NMC تتحلل أسرع بمرتين تقريبًا من خلايا LFP، مما يدل على الأداء العام المتفوق لخلايا LFP.
وبالتالي فهي قادرة على تخزين وإطلاق طاقة أكبر بمرور الوقت من بطارية NMC.
قد لا تدوم بطارية LFP الرخيصة منخفضة الجودة لفترة أطول من بطارية NMC عالية الجودة. جميع المنتجات في Pknergy مصنوعة من خلايا LFP من الدرجة Aو80DOD يمكن أن تصل إلى أكثر من 7,000 دورة.
التكلفة
فيما يتعلق بالمواد الخام، تحتوي بطارية LFP على قطب ليثيوم فوسفات الحديد الموجب (LiFePO4). الحديد والفوسفات المستخدمان في صناعة الكاثودات أكثر وفرة وأرخص من بعض المواد المستخدمة في بطارية NMC، وخاصة الكوبالت.
واستنادًا إلى السياسات العالمية الحالية، فإن الصين لديها المزيد من الشركات المصنعة لبطاريات LFP، مما أدى أيضًا إلى زيادة احتياطيات بطاريات LFP. ومع تراكم التكنولوجيا أو تراكم البطاريات، ستصبح الأسعار حتمًا أقل.
من من منظور وقت الاستخدام الإجمالي، قد يكون لبطارية NMC بعض المزايا في المراحل الأولى من الشراء، ولكن لأن عمر بطارية LFP يبلغ 4 إلى 5 أضعاف عمر بطارية NMC. ستكون بطارية LFP هي الفائز النهائي.
الأداء
وتبلغ كثافة الطاقة في NMC حوالي 250 واط/كجم، بينما تبلغ كثافة الطاقة في LFP حوالي 120-160 واط/كجم.
تتمتع بطارية NMC بكثافة طاقة أعلى، مما يعني أن حجمها المادي سيكون أصغر من بطارية LFP ذات السعة نفسها. وستكون الكمية نفسها من الكهرباء أخف وزناً.
بيئة الاستخدام
في حين أن جميع بطاريات الليثيوم أيون تواجه انخفاضاً في السعة والطاقة في درجات الحرارة المنخفضة، إلا أن بطارية NMC يمكنها تحمل درجات الحرارة المنخفضة بشكل أفضل. ومع ذلك، إذا كانت بطاريتك مثبتة داخلياً، أو إذا كانت منطقتك لا تشهد درجات حرارة شديدة الارتفاع، فلا داعي للقلق بشأن ذلك على الأرجح.
في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة، تعمل بطارية LFP بشكل أفضل وأكثر أمانًا من بطارية NMC نظرًا لثباتها الكيميائي العالي.
الشحن
يمكن شحن LFP إلى 100% دون تقليل عمر البطارية؛ وعلى العكس، يجب أن تقتصر خلايا NMC على 80% لزيادة عمر البطارية إلى أقصى حد
تواجه البولي فلوريد الفينيل منخفض الكثافة تدهوراً أقل في الأداء عند درجات حرارة أعلى ومعدلات شحن/تفريغ أسرع، لذا فهي مناسبة بشكل أفضل للتعامل مع القيادة عالية الأداء والشحن السريع.
اختيار السوق
يمكن ملاحظة أنه ستكون هناك اختلافات واضحة بين بطارية LFP وبطارية NMC في مجالات السوق المختلفة. في السيارات، يهتم السوق أكثر بوزن البطارية ومدى تحملها لدرجة الحرارة. في تخزين الطاقة المنزلية، يختار معظم الناس بطارية LFP، وهو خيار يعتمد على عمر البطارية وسلامتها.
الخاتمة
نوصي باختيار بطارية LFP عند بناء أنظمة الطاقة الشمسية بناءً على الأسباب المذكورة أعلاه. إن الاعتبار الأول بالنسبة للعائلات هو أداء البطارية من حيث السلامة، تليها التكلفة.
كما هو مذكور في المقالة أعلاه، على الرغم من أن التكلفة الأولية لبطارية LFP أعلى من بطارية NMC. ومع ذلك، إذا تم النظر إلى تكلفة المشروع في عشر سنوات، فإن تكلفة التركيب وتكلفة العمالة المطلوبة لكل استبدال لبطارية NMC ستكون أكبر من تكلفة بطارية LFP.
في شركة Pknergy، يمكنك الحصول على الأمان والسعر معاً. تعرف على بطارية تخزين الطاقة المنزلية عالية الجودة وبأسعار معقولة الآن.
AR 
EN 
ES 
DE 
PT 
KU 
ID 
RU 
SL 
KO 
FR 
IT 
BG 
NL 
CS 