Competição de baterias: Bateria LFP VS bateria NMC.
Qual é a melhor bateria de armazenamento de energia solar?
Bateria LFP ou bateria NMC? Qual delas é a melhor escolha para construir um sistema de armazenamento de energia solar?
Os sistemas de armazenamento de energia em baterias de lítio têm merecido grande atenção nos últimos anos. Devido à importância das baterias para os seres humanos (para armazenar energia e torná-la disponível para utilização em qualquer altura). Com a investigação e o desenvolvimento contínuos, existem muitas opções de materiais para baterias.
Os materiais das baterias são um fator importante que afecta o seu desempenho, pelo que as comparações entre si não podem ser evitadas. Os dois materiais químicos mais utilizados nos sistemas de armazenamento de energia são o fosfato de lítio e ferro (LFP) e o níquel-manganês-cobalto (NMC).
Cada vez mais empresas estão a começar a produzir baterias LFP para substituir as baterias NMC no armazenamento doméstico de energia, principalmente porque as baterias de fosfato de ferro-lítio são mais seguras e estáveis.
Mas nem todos. Ainda há empresas bem conhecidas que utilizam as baterias ternárias como primeira opção para o armazenamento de energia doméstica. Então, qual é a bateria mais adequada?
A história e a composição da bateria de lítio
Akira Yoshino fabricou o primeiro protótipo de uma bateria de iões de lítio em 1985, com base na investigação de Yoshino, Goodenough e Whittingham, galardoada com o Prémio Nobel. Uma equipa da Sony fabricou a primeira bateria comercial de iões de lítio em 1991.
A bateria de lítio pode ser dividida em quatro componentes. Estes quatro componentes são o elétrodo positivo, o elétrodo negativo, o eletrólito e o separador. Eles são indispensáveis na bateria. Sem um deles, a bateria não pode funcionar. O que chamamos de bateria LFP e bateria NMC refere-se ao material do elétrodo positivo.
Quando a bateria é carregada, os iões de lítio deslocam-se do cátodo para o ânodo através do eletrólito e são armazenados na estrutura de grafite. Durante o processo de descarga, os iões de lítio voltam para o cátodo, produzindo uma corrente eléctrica que pode ser utilizada para alimentar dispositivos electrónicos.
O que é a bateria LFP?
Material do cátodo: O material do cátodo da bateria LFP é o LiFePO4
Material do elétrodo negativo: O elétrodo negativo é geralmente feito de grafite ou carbono duro.
Composição: Para além dos materiais dos eléctrodos positivo e negativo, a bateria LFP também inclui um eletrólito no qual o sal de lítio é dissolvido num solvente orgânico e um separador que isola os eléctrodos positivo e negativo.
A recente fama da bateria LFP deve-se principalmente ao vigoroso desenvolvimento dos veículos eléctricos, que têm um excelente ciclo de vida e uma elevada potência. O seu principal atrativo é o custo, uma vez que é composta por materiais muito comuns (ricos em ferro).
O que é a pilha NMC?
Material catódico: O material catódico da pilha NMC é constituído por um óxido combinado de níquel (Ni), cobalto (Co) e manganês (Mn), geralmente expresso como LiNiMnCoO2 (NMC). As diferentes baterias NMC têm diferentes proporções de níquel, cobalto e manganês. As mais comuns são a NMC111, a NMC622 e a NMC811.
Material do elétrodo negativo: O elétrodo negativo também é normalmente feito de grafite ou carbono duro.
Composição: Semelhante à bateria LFP, a bateria NMC também inclui electrólitos e separadores.
As baterias NMC são também uma boa opção para substituir as baterias de chumbo-ácido e constituem uma boa combinação de energia e potência, mas, tal como muitas outras químicas de lítio, requerem níquel e cobalto, cuja obtenção é relativamente dispendiosa, embora forneçam mais energia do que as LFP, mas o seu ciclo de vida é também mais curto.
Baterias LFP & Visão geral das baterias NMC
| Bateria LFP | Bateria NMC | |
|---|---|---|
| Tensões | 3,20, 3,30V nominal; gama de funcionamento típica 2,5-3,65V/célula | 3,60V, 3,70V nominal; intervalo de funcionamento típico 3,0-4,2V/célula, ou superior |
| Energia específica (capacidade) | 90-120Wh/kg | 150-220Wh/kg |
| Taxa (taxa C) | 1C típico, carrega até 3,65V; tempo de carga típico de 3h | 0,7-1C, carrega até 4,20V, alguns vão até 4,30V; carga típica de 3h. Uma corrente de carga superior a 1C reduz a vida útil da bateria. |
| Descarga (taxa C) | 1C, 25C em algumas células; impulso de 40A (2s); corte de 2,50V (menos de 2V causa danos) | 1C; 2C possível em algumas células; corte de 2,50V |
| Ciclo de vida | 2000 e superior (relacionado com a profundidade da descarga, temperatura) | 1000-2000 (relacionado com a profundidade da descarga, temperatura) |
| Fuga térmica | 270°C (518°F) Bateria muito segura mesmo quando totalmente carregada | 210°C (410°F) típico. A carga elevada promove a fuga térmica |
| Custo | ~$200 por kWh | ~$420 por kWh |
Qual é a diferença entre a bateria lfp e nmc
Materiais químicos
As baterias LFP são geralmente consideradas mais seguras porque são mais tolerantes a sobrecargas e sobreaquecimentos. A estabilidade térmica dos compostos de fosfato de ferro e lítio torna a bateria LFP menos suscetível de sofrer uma fuga térmica em condições extremas.
Devido à maior proporção de níquel utilizada na NMC, a bateria NMC é mais propensa à fuga térmica em caso de sobreaquecimento, especialmente em estados de carga elevados. A natureza técnica e química da NMC faz com que a sua temperatura aumente durante a utilização e o carregamento, exigindo medidas adicionais de dissipação de calor.
Além disso, os materiais das células LFP são muito menos tóxicos do que os das células NMC, o que facilita a sua reciclagem no final da sua vida útil.
No entanto, a probabilidade de incêndio entre estas duas baterias é ainda muito baixa, e não se pode dizer qual a bateria que pode garantir uma segurança absoluta. É importante escolher uma bateria de boa qualidade e fazer a manutenção e reparação corretas da bateria.
Tempo de vida
Pode ver-se facilmente que a retenção da capacidade de descarga da bateria LFP (pontos de dados azuis) excede de longe a da bateria NMC (representada por pontos de dados pretos). Um ciclo de carga/descarga. A figura mostra que a NMC se degrada quase duas vezes mais rapidamente do que as células LFP, demonstrando o desempenho global superior das células LFP.
Por conseguinte, são capazes de armazenar e libertar mais energia ao longo do tempo do que a bateria NMC.
Uma pilha LFP barata e de baixa qualidade pode não durar mais do que uma pilha NMC de alta qualidade. Todos os produtos da Pknergy são feitos de células LFP de grau Ae o 80DOD pode atingir mais de 7.000 ciclos.
Custo
Em termos de matérias-primas, a bateria LFP tem um elétrodo positivo de fosfato de ferro e lítio (LiFePO4). O ferro e os fosfatos utilizados para fabricar os cátodos são mais abundantes e mais baratos do que alguns dos materiais utilizados na bateria NMC, principalmente o cobalto.
A julgar pelas actuais políticas mundiais, a China tem mais fabricantes de baterias LFP, o que também levou a um aumento das reservas de baterias LFP. À medida que a tecnologia se acumula ou a bateria se acumula, os preços tornar-se-ão inevitavelmente ainda mais baixos.
Do ponto de vista do tempo de utilização global, a NMC pode ter algumas vantagens nas fases iniciais da compra, mas porque a duração da bateria LFP é 4 a 5 vezes superior à da bateria NMC. A bateria LFP será a vencedora final.
desempenho
A densidade energética do NMC é de cerca de 250 Wh/kg e a do LFP é de cerca de 120-160 Wh/kg.
A bateria NMC tem uma densidade de energia mais elevada, o que significa que o seu tamanho físico será mais pequeno do que o de uma bateria LFP com a mesma capacidade. E a mesma quantidade de eletricidade será mais leve.
Ambiente de utilização
Embora todas as baterias de iões de lítio sofram uma diminuição da capacidade e da potência a baixas temperaturas, as baterias NMC suportam melhor as temperaturas mais baixas. No entanto, se a sua bateria estiver instalada internamente ou se a sua área não registar temperaturas extremas significativas, provavelmente não precisa de se preocupar com isto.
Em ambientes de alta temperatura, a LFP tem um melhor desempenho e é mais segura do que a bateria NMC devido à sua elevada estabilidade química.
Carregamento
As células LFP podem ser carregadas até 100% sem reduzir a vida útil da bateria; pelo contrário, as células NMC devem ser limitadas a 80% para maximizar a vida útil
Os LFP sofrem uma menor degradação do desempenho a temperaturas mais elevadas e a taxas de carga/descarga mais rápidas, pelo que são mais adequados para lidar com condução de alto desempenho e carregamento rápido.
Escolha do mercado
Verifica-se que haverá diferenças óbvias entre a bateria LFP e a bateria NMC em diferentes áreas de mercado. Nos automóveis, o mercado está mais preocupado com o peso da bateria e a sua tolerância à temperatura. No armazenamento doméstico de energia, a maioria das pessoas escolhe a bateria LFP, que é uma escolha baseada na duração e segurança da bateria.
Conclusão
Recomendamos a escolha da bateria LFP na construção de sistemas solares com base nas razões acima referidas. A primeira consideração das famílias é o desempenho de segurança da bateria, seguido do custo.
Como mencionado no artigo anterior, embora o custo inicial da bateria LFP seja superior ao da bateria NMC. No entanto, se o custo do projeto for visto em dez anos, o custo de instalação e o custo de mão de obra necessários para cada substituição da bateria NMC serão superiores aos da bateria LFP.
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