Akku-Wettbewerb: LFP-Akku VS NMC-Akku.
Welcher ist der beste Solarstromspeicher?
LFP-Batterie oder NMC-Batterie? Welche ist die beste Wahl für den Aufbau eines Solarenergiespeichersystems?
Lithium-Batterie-Energiespeichersysteme haben in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit erhalten. Das liegt an der Bedeutung von Batterien für den Menschen (um Energie zu speichern und sie jederzeit verfügbar zu machen). Dank ständiger Forschung und Entwicklung gibt es viele Möglichkeiten bei den Batteriematerialien.
Die Batteriematerialien sind ein wichtiger Faktor, der die Batterieleistung beeinflusst, so dass sich Vergleiche untereinander nicht vermeiden lassen. Die beiden am häufigsten in Energiespeichersystemen verwendeten Chemikalien sind Lithium-Eisenphosphat (LFP) und Nickel-Mangan-Kobalt (NMC).
Immer mehr Unternehmen beginnen mit der Herstellung von LFP-Batterien, um NMC-Batterien für die Energiespeicherung zu Hause zu ersetzen, vor allem weil Lithium-Eisenphosphat-Batterien sicherer und stabiler sind.
Aber nicht alle. Es gibt immer noch namhafte Unternehmen, die ternäre Batterien als erste Wahl für die Energiespeicherung zu Hause einsetzen. Welche Batterie ist also besser geeignet?
Die Geschichte und Zusammensetzung der Lithiumbatterie
Akira Yoshino stellte 1985 den ersten Prototyp eines Li-Ionen-Akkus her, der auf den mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Forschungen von Yoshino, Goodenough und Whittingham basierte. Ein Team bei Sony stellte 1991 die erste kommerzielle Li-Ionen-Batterie her.
Lithiumbatterien lassen sich grob in vier Komponenten unterteilen. Diese vier Komponenten sind die positive Elektrode, die negative Elektrode, der Elektrolyt und der Separator. Sie sind für die Batterie unverzichtbar. Ohne eine von ihnen kann die Batterie nicht funktionieren. Was wir als LFP-Batterie und NMC-Batterie bezeichnen, bezieht sich auf das Material der positiven Elektrode.
Wenn sich die Batterie auflädt, wandern die Lithium-Ionen durch den Elektrolyten von der Kathode zur Anode und werden in der Graphitstruktur gespeichert. Während des Entladevorgangs wandern die Lithium-Ionen zurück zur Kathode und erzeugen einen elektrischen Strom, der zur Versorgung elektronischer Geräte verwendet werden kann.
Was ist eine LFP-Batterie?
Kathodenmaterial: Das Kathodenmaterial der LFP-Batterie ist LiFePO4
Material der negativen Elektrode: Die negative Elektrode besteht normalerweise aus Graphit oder Hartkohle.
Die Zusammensetzung: Zusätzlich zu den positiven und negativen Elektrodenmaterialien enthält die LFP-Batterie auch einen Elektrolyten, in dem Lithiumsalz in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist, und einen Separator, der die positiven und negativen Elektroden voneinander trennt.
Die jüngste Berühmtheit der LFP-Batterie ist vor allem auf die rasante Entwicklung von Elektrofahrzeugen zurückzuführen, die eine ausgezeichnete Lebensdauer und hohe Leistung haben. Ihre Hauptattraktion sind die Kosten, da sie aus sehr gewöhnlichen Materialien (reich an Eisen) bestehen.
Was ist eine NMC-Batterie?
Kathodenmaterial: Das Kathodenmaterial der NMC-Batterie besteht aus einem kombinierten Oxid von Nickel (Ni), Kobalt (Co) und Mangan (Mn), das gewöhnlich als LiNiMnCoO2 (NMC) bezeichnet wird. Verschiedene NMC-Batterien haben unterschiedliche Anteile von Nickel, Kobalt und Mangan. Zu den gängigen gehören NMC111, NMC622 und NMC811.
Material der negativen Elektrode: Auch die negative Elektrode besteht in der Regel aus Graphit oder Hartkohle.
Zusammensetzung: Ähnlich wie die LFP-Batterie enthält auch die NMC-Batterie Elektrolyte und Separatoren.
NMC-Batterien sind ebenfalls eine gute Option, um Blei-Säure-Batterien zu ersetzen. Sie sind eine gute Kombination aus Energie und Leistung, aber wie viele andere Lithium-Chemien benötigen sie Nickel und Kobalt, die relativ teuer in der Beschaffung sind, obwohl sie mehr Energie liefern als LFP-Batterien.
LFP-Batterien & NMC-Batterien Übersicht
| LFP Batterie | NMC Batterie | |
|---|---|---|
| Spannungen | 3,20, 3,30V nominal; typischer Betriebsbereich 2,5-3,65V/Zelle | 3,60V, 3,70V nominal; typischer Betriebsbereich 3,0-4,2V/Zelle, oder höher |
| Spezifische Energie (Kapazität) | 90-120Wh/kg | 150-220Wh/kg |
| Gebühr (C-Rate) | 1C typisch, lädt auf 3,65V; 3h Ladezeit typisch | 0,7-1C, lädt auf 4,20V, manche auf 4,30V; typische Ladezeit 3 Stunden. Ein Ladestrom über 1C verkürzt die Lebensdauer der Batterie. |
| Entladung (C-Rate) | 1C, 25C bei einigen Zellen; 40A Impuls (2s); 2.50V Cut-Off (weniger als 2V verursacht Schäden) | 1C; 2C bei einigen Zellen möglich; 2.50V Cut-Off |
| Lebensdauer des Zyklus | 2000 und höher (abhängig von Abflusstiefe und Temperatur) | 1000-2000 (abhängig von der Tiefe des Abflusses und der Temperatur) |
| Thermisches Durchgehen | 270°C (518°F) Sehr sichere Batterie, auch wenn sie voll geladen ist | 210°C (410°F) typisch. Hohe Ladung fördert thermisches Durchgehen |
| Kosten | ~$200 pro kWh | ~$420 pro kWh |
Was ist der Unterschied zwischen einer lfp- und einer nmc-Batterie?
Chemische Stoffe
LFP-Akkus gelten im Allgemeinen als sicherer, weil sie toleranter gegenüber Überladung und Überhitzung sind. Die thermische Stabilität von Lithium-Eisenphosphat-Verbindungen macht es weniger wahrscheinlich, dass LFP-Akkus unter extremen Bedingungen thermisch durchdrehen.
Aufgrund des höheren Nickelanteils in NMC-Batterien sind NMC-Batterien bei Überhitzung anfälliger für einen thermischen Durchschlag, insbesondere bei hohen Ladezuständen. Die technische und chemische Beschaffenheit von NMC führt dazu, dass die Temperatur während des Gebrauchs und des Aufladens ansteigt und zusätzliche Maßnahmen zur Wärmeableitung erforderlich sind.
Darüber hinaus sind die Materialien in LFP-Zellen viel weniger toxisch als die in NMC-Zellen, so dass sie am Ende ihrer Nutzungsdauer leichter recycelt werden können.
Allerdings ist die Brandwahrscheinlichkeit zwischen diesen beiden Batterien immer noch sehr gering, und es ist nicht gesagt, welche Batterie absolute Sicherheit garantieren kann. Es ist wichtig, eine Batterie von guter Qualität zu wählen und die Batterie richtig zu warten und zu reparieren.
Lebensspanne
Sie können leicht erkennen, dass der Erhalt der Entladekapazität des LFP-Akkus (blaue Datenpunkte) den des NMC-Akkus (dargestellt durch schwarze Datenpunkte) bei weitem übertrifft. Ein Lade-/Entladezyklus. Die Abbildung zeigt, dass sich NMC fast doppelt so schnell abbaut wie LFP-Zellen, was die überlegene Gesamtleistung von LFP-Zellen belegt.
Sie sind daher in der Lage, über einen längeren Zeitraum mehr Energie zu speichern und abzugeben als NMC-Batterien.
Eine billige, minderwertige LFP-Batterie hält möglicherweise nicht länger als eine hochwertige NMC-Batterie. Alle Produkte von Pknergy sind aus LFP-Zellen der Klasse A, und 80DOD kann mehr als 7.000 Zyklen erreichen.
Kosten
Was die Rohstoffe betrifft, so hat die LFP-Batterie eine positive Elektrode aus Lithiumeisenphosphat (LiFePO4). Das Eisen und die Phosphate, die für die Herstellung der Kathoden verwendet werden, sind reichlich vorhanden und billiger als einige der in NMC-Batterien verwendeten Materialien, vor allem Kobalt.
Nach der aktuellen Weltpolitik zu urteilen, gibt es in China mehr Hersteller von LFP-Batterien, was auch zu einem Anstieg der LFP-Batteriereserven geführt hat. Mit zunehmender Technologie oder Akkumulierung werden die Preise unweigerlich noch niedriger werden.
Aus der Perspektive der Gesamtnutzungsdauer mag NMC in der Anfangsphase des Kaufs einige Vorteile haben, aber da die Lebensdauer der LFP-Batterie 4 bis 5 Mal so lang ist wie die der NMC-Batterie. Der LFP-Akku wird der endgültige Gewinner sein.
Leistung
Die Energiedichte von NMC beträgt etwa 250 Wh/kg und die von LFP etwa 120-160 Wh/kg.
NMC-Batterien haben eine höhere Energiedichte, was bedeutet, dass sie kleiner sind als LFP-Batterien mit der gleichen Kapazität. Und die gleiche Menge an Strom ist leichter.
Umgebung für die Verwendung
Während bei allen Lithium-Ionen-Akkus die Kapazität und Leistung bei niedrigen Temperaturen abnimmt, können NMC-Akkus niedrigeren Temperaturen besser standhalten. Wenn Ihr Akku jedoch intern installiert ist oder in Ihrer Gegend keine extremen Temperaturen herrschen, müssen Sie sich darüber wahrscheinlich keine Gedanken machen.
In Hochtemperaturumgebungen funktioniert LFP besser und ist aufgrund seiner hohen chemischen Stabilität sicherer als NMC-Batterien.
Aufladen
LFP können bis zu 100% geladen werden, ohne die Lebensdauer der Batterie zu verkürzen. Umgekehrt sollten NMC-Zellen auf 80% begrenzt werden, um die Lebensdauer zu maximieren.
LFP weisen bei höheren Temperaturen und schnelleren Lade-/Entladeraten einen geringeren Leistungsabfall auf, so dass sie sich besser für Hochleistungsfahrten und schnelles Laden eignen.
Wahl des Marktes
Es wird deutlich, dass es in verschiedenen Marktbereichen deutliche Unterschiede zwischen LFP-Batterien und NMC-Batterien geben wird. Im Automobilbereich ist der Markt mehr auf das Gewicht der Batterie und ihre Temperaturtoleranz bedacht. Bei der Energiespeicherung in Privathaushalten entscheiden sich die meisten Menschen für LFP-Batterien, die auf der Lebensdauer und der Sicherheit der Batterien basieren.
Fazit
Aus den oben genannten Gründen empfehlen wir, sich beim Bau von Solarsystemen für LFP-Batterien zu entscheiden. Die erste Überlegung für Familien ist die Sicherheitsleistung der Batterie, gefolgt von den Kosten.
Wie im obigen Artikel erwähnt, sind die Anschaffungskosten der LFP-Batterie zwar höher als die der NMC-Batterie. Betrachtet man jedoch die Projektkosten über einen Zeitraum von zehn Jahren, so sind die Installationskosten und die Arbeitskosten, die für jeden Austausch der NMC-Batterie erforderlich sind, höher als die der LFP-Batterie.
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