Competizione tra batterie: Batteria LFP VS batteria NMC.
Qual è la migliore batteria di accumulo per l'energia solare?
Batteria LFP o batteria NMC? Qual è la scelta migliore per costruire un sistema di accumulo di energia solare?
I sistemi di accumulo di energia con batterie al litio hanno ricevuto grande attenzione negli ultimi anni. A causa dell'importanza delle batterie per l'uomo (immagazzinare energia e renderla disponibile per l'uso in qualsiasi momento). Grazie alla continua ricerca e allo sviluppo, i materiali delle batterie possono essere scelti in molti modi.
I materiali delle batterie sono un fattore importante che ne influenza le prestazioni, quindi non si può evitare il confronto con gli altri. Le due chimiche più utilizzate nei sistemi di accumulo di energia sono il litio ferro fosfato (LFP) e il nichel manganese cobalto (NMC).
Sempre più aziende stanno iniziando a produrre batterie LFP per sostituire le batterie NMC per l'accumulo di energia domestica, soprattutto perché le batterie al litio ferro fosfato sono più sicure e stabili.
Ma non tutti. Ci sono ancora aziende famose che utilizzano le batterie ternarie come prima scelta per l'accumulo di energia domestica. Quale batteria è quindi più adatta?
Storia e composizione della batteria al litio
Akira Yoshino ha realizzato il primo prototipo di batteria agli ioni di litio nel 1985, basandosi sulla ricerca di Yoshino, Goodenough e Whittingham, vincitrice del premio Nobel. Un team di Sony ha realizzato la prima batteria agli ioni di litio commerciale nel 1991.
La batteria al litio può essere suddivisa grossolanamente in quattro componenti. Questi quattro componenti sono l'elettrodo positivo, l'elettrodo negativo, l'elettrolita e il separatore. Sono indispensabili nella batteria. Senza uno di essi, la batteria non può funzionare. Ciò che chiamiamo batteria LFP e batteria NMC si riferisce al materiale dell'elettrodo positivo.
Quando la batteria si carica, gli ioni di litio si spostano dal catodo all'anodo attraverso l'elettrolita e vengono immagazzinati nella struttura di grafite. Durante il processo di scarica, gli ioni di litio tornano al catodo, producendo una corrente elettrica che può essere utilizzata per alimentare i dispositivi elettronici.
Che cos'è la batteria LFP?
Materiale del catodo: Il materiale del catodo della batteria LFP è LiFePO4.
Materiale dell'elettrodo negativo: L'elettrodo negativo è solitamente costituito da grafite o carbonio duro.
Composizione: Oltre ai materiali degli elettrodi positivi e negativi, la batteria LFP comprende anche un elettrolita in cui il sale di litio è disciolto in un solvente organico e un separatore che isola gli elettrodi positivi e negativi.
La recente fama della batteria LFP è dovuta principalmente al vigoroso sviluppo dei veicoli elettrici, che hanno un'eccellente durata di ciclo e un'elevata potenza. La sua principale attrattiva è il costo, poiché è composta da materiali molto comuni (ricchi di ferro).
Che cos'è la batteria NMC?
Materiale catodico: Il materiale catodico della batteria NMC è costituito da un ossido combinato di nichel (Ni), cobalto (Co) e manganese (Mn), solitamente espresso come LiNiMnCoO2 (NMC). Le batterie NMC hanno proporzioni diverse di nichel, cobalto e manganese. Le più comuni sono le NMC111, NMC622 e NMC811.
Materiale dell'elettrodo negativo: Anche l'elettrodo negativo è solitamente costituito da grafite o carbonio duro.
Composizione: Simile alla batteria LFP, la batteria NMC comprende anche elettroliti e separatori.
Anche le batterie NMC sono una buona opzione per sostituire le batterie al piombo e rappresentano una buona combinazione di energia e potenza, ma come molte altre chimiche al litio richiedono nichel e cobalto, che sono relativamente costosi da reperire, anche se forniscono più energia rispetto alle LFP, ma la durata è anche più breve.
Batterie LFP & Panoramica delle batterie NMC
| Batteria LFP | Batteria NMC | |
|---|---|---|
| Tensioni | 3,20, 3,30V nominali; intervallo di funzionamento tipico 2,5-3,65V/cella | 3,60V, 3,70V nominali; intervallo di funzionamento tipico 3,0-4,2V/cella, o superiore |
| Energia specifica (capacità) | 90-120Wh/kg | 150-220Wh/kg |
| Tariffa (tasso C) | 1C tipico, carica a 3,65V; tempo di carica tipico 3 ore | 0,7-1C, carica a 4,20V, alcuni arrivano a 4,30V; carica tipica di 3 ore. Una corrente di carica superiore a 1C riduce la durata della batteria. |
| Scarico (tasso C) | 1C, 25C su alcune celle; impulso di 40A (2s); cut-off di 2,50V (un valore inferiore a 2V causa danni) | 1C; 2C possibile su alcune celle; cut-off di 2,50V |
| Durata del ciclo | 2000 e oltre (in relazione alla profondità di scarico e alla temperatura) | 1000-2000 (in relazione alla profondità di scarico e alla temperatura) |
| Fuga termica | 270°C (518°F) Batteria molto sicura anche se completamente carica | 210°C (410°F) tipici. Una carica elevata favorisce la fuga termica |
| Costo | ~$200 per kWh | ~$420 per kWh |
Qual è la differenza tra la batteria lfp e nmc?
Materiali chimici
Le LFP sono generalmente considerate più sicure perché sono più tolleranti al sovraccarico e al surriscaldamento. La stabilità termica dei composti di litio-ferro-fosfato rende le batterie LFP meno inclini a subire un runaway termico in condizioni estreme.
A causa dell'elevata percentuale di nichel utilizzata nell'NMC, le batterie NMC sono più inclini a subire un runaway termico in caso di surriscaldamento, soprattutto ad alti stati di carica. La natura tecnica e chimica dell'NMC fa sì che la sua temperatura aumenti durante l'uso e la carica, richiedendo misure aggiuntive di dissipazione del calore.
Inoltre, i materiali delle celle LFP sono molto meno tossici di quelli delle celle NMC, il che ne facilita il riciclo al termine della loro vita utile.
Tuttavia, la probabilità di incendio tra queste due batterie è ancora molto bassa e non è detto che la batteria possa garantire una sicurezza assoluta. È importante scegliere una batteria di buona qualità e provvedere alla sua corretta manutenzione e riparazione.
Durata della vita
Si può facilmente notare che la capacità di mantenimento della scarica della batteria LFP (punti dati blu) supera di gran lunga quella della batteria NMC (rappresentata dai punti dati neri). Un ciclo di carica/scarica. La figura mostra che l'NMC si degrada quasi due volte più velocemente delle celle LFP, dimostrando le prestazioni complessive superiori delle celle LFP.
Sono quindi in grado di immagazzinare e rilasciare più energia nel tempo rispetto alle batterie NMC.
Una batteria LFP economica e di bassa qualità potrebbe non durare più a lungo di una batteria NMC di alta qualità. Tutti i prodotti di Pknergy sono fatti di cellule LFP di grado A, e 80DOD può raggiungere più di 7.000 cicli.
Costo
In termini di materie prime, le batterie LFP hanno un elettrodo positivo di litio e ferro fosfato (LiFePO4). Il ferro e i fosfati utilizzati per realizzare i catodi sono più abbondanti e meno costosi di alcuni materiali utilizzati nelle batterie NMC, soprattutto il cobalto.
A giudicare dalle attuali politiche mondiali, la Cina ha più produttori di batterie LFP, il che ha portato anche a un aumento delle riserve di batterie LFP. Con l'accumularsi della tecnologia o delle batterie, i prezzi diventeranno inevitabilmente ancora più bassi.
Dal punto di vista del tempo di utilizzo complessivo, l'NMC può avere alcuni vantaggi nelle prime fasi di acquisto, ma poiché la durata della batteria LFP è da 4 a 5 volte quella della batteria NMC. La batteria LFP sarà il vincitore finale.
prestazioni
La densità energetica dell'NMC è di circa 250 Wh/kg e quella dell'LFP è di circa 120-160 Wh/kg.
Le batterie NMC hanno una maggiore densità di energia, il che significa che le loro dimensioni fisiche saranno inferiori a quelle delle batterie LFP di pari capacità. E la stessa quantità di elettricità sarà più leggera.
Ambiente di utilizzo
Mentre tutte le batterie agli ioni di litio subiscono una diminuzione della capacità e della potenza alle basse temperature, le batterie NMC resistono meglio alle temperature più basse. Tuttavia, se la batteria è installata internamente o se la vostra zona non è soggetta a temperature estreme, probabilmente non dovrete preoccuparvi di questo problema.
In ambienti ad alta temperatura, la LFP ha prestazioni migliori ed è più sicura della batteria NMC grazie alla sua elevata stabilità chimica.
Ricarica
Le celle LFP possono essere caricate fino a 100% senza ridurre la durata della batteria; al contrario, le celle NMC dovrebbero essere limitate a 80% per massimizzare la durata.
Le LFP subiscono un minore degrado delle prestazioni a temperature più elevate e a velocità di carica/scarica più elevate, quindi sono più adatte a gestire la guida ad alte prestazioni e la ricarica rapida.
Scelta di mercato
Si può notare che ci saranno evidenti differenze tra le batterie LFP e le batterie NMC in diversi settori di mercato. Nel settore automobilistico, il mercato è più interessato al peso della batteria e alla sua tolleranza alla temperatura. Per quanto riguarda l'accumulo di energia in casa, la maggior parte delle persone sceglie la batteria LFP, che è una scelta basata sulla durata della batteria e sulla sicurezza.
Conclusione
Per questi motivi, consigliamo di scegliere la batteria LFP per la realizzazione di impianti solari. La prima considerazione per le famiglie è la sicurezza della batteria, seguita dal costo.
Come indicato nell'articolo precedente, sebbene il costo iniziale della batteria LFP sia superiore a quello della batteria NMC. Tuttavia, se si considera il costo del progetto nell'arco di dieci anni, il costo dell'installazione e della manodopera necessaria per ogni sostituzione della batteria NMC sarà superiore a quello della batteria LFP.
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