LFP vs NMC akud: energia salvestamise rakenduste süvaanalüüs

Energia salvestamise turg õitseb, mida ajendab vajadus võrgu stabiilsuse, taastuvenergia integreerimise ja varutoitelahenduste järele. Enamiku akudega energiasalvestussüsteemide (BESS) keskmes on liitiumioontehnoloogia, mille kaks kõige silmapaistvamat keemilist ühendit on liitiumraudfosfaat (LFP) ja nikkelmangaankoobalt (NMC).

Õige aku keemilise koostise valimine on iga energiasalvestusprojekti puhul kriitilise tähtsusega otsus, mis mõjutab jõudlust, ohutust, eluiga ja kulusid. Kuigi nii LFP-l kui ka NMC-l on tõestatud kogemused, muudavad nende erinevad omadused sobivaks erinevateks rakendusteks laialdasel energiasalvestusmaastikul.

See artikkel süveneb LFP ja NMC akude üksikasjalikku võrdlusse, keskendudes eelkõige nende asjakohasusele ja jõudlusele energiasalvestussüsteemides (ESS).

Põhitõdede mõistmine: mis on LFP ja NMC akud?

Nii LFP kui ka NMC on liitiumioonakud, mis tähendab, et nad salvestavad ja vabastavad energiat liitiumioonide liikumise kaudu positiivse elektroodi (katoodi) ja negatiivse elektroodi (anoodi) vahel. Peamine erinevus seisneb katoodimaterjalis.

LFP (liitiumraudfosfaat): kasutab katoodmaterjalina LiFePO4. See struktuur on tuntud oma erakordse stabiilsuse poolest.
NMC (nikkel-mangaan-koobalt): Kasutab katoodina nikli, mangaani ja koobaltoksiidide segu erinevates suhetes (nt NMC 111, 532, 622, 811). Suhet reguleerides saavad tootjad optimeerida erinevaid omadusi, näiteks energiatihedust või tsükli eluiga.

Nüüd võrdleme neid energia salvestamise rakenduste jaoks kõige olulisemate tegurite põhjal.

Peamised tulemusnäitajad: LFP vs NMC ESS-is

BESS-i akude hindamisel on kesksel kohal mitu tehnilist parameetrit.

Ohutus

LFP: Üldiselt peetakse ohutumaks oma sisemiselt stabiilse oliviinstruktuuri tõttu. LiFePO4 PO-side on tugevam kui NMC metall-oksiidsidemed, mistõttu on see vähem altid termilisele läbimurdele isegi karmides tingimustes, nagu ülelaadimine või füüsiline kahjustus. See loomupärane ohutus on suur eelis suuremahuliste statsionaarsete energiasalvestussüsteemide jaoks, kus ohutus on esmatähtis.

NMC: Kuigi on tehtud olulisi edusamme, on NMC-akud, eriti kõrge niklisisaldusega variandid, termiliselt vähem stabiilsed kui LFP-akud ja vastuvõtlikumad termilisele läbimurdele, kui neid ei hallata korralikult. Täiustatud akuhaldussüsteemid (BMS) ja termiline haldamine on NMC ohutuse tagamiseks üliolulised.

[ESSi esiletõstmine]:Statsionaarse ladustamise puhul on LFP parem ohutusprofiil märkimisväärne eelis, mis potentsiaalselt lihtsustab süsteemi projekteerimist ja vähendab ohutusinfrastruktuuri kulusid võrreldes NMC-ga.

Tsükli elu

LFP: Tavaliselt pakub see pikemat tsüklilist eluiga võrreldes enamiku NMC-keemiatoodetega. LFP-akud taluvad sageli tuhandeid laadimis-tühjendustsükleid (nt 6000+ tsüklit 80% DOD juures) minimaalse halvenemisega. See vastupidavus tuleneb stabiilsest kristallstruktuurist ja väiksemast mehaanilisest pingest tsüklite ajal.

NMC: Tsükli eluiga varieerub suuresti sõltuvalt konkreetsest NMC koostisest (nt madalama nikli sisaldusega NMC 111-l võib olla pikem eluiga kui kõrge nikli sisaldusega NMC 811-l). Kuigi mõned NMC koostised saavutavad hea tsükli eluea, on LFP üldiselt eelis rakendustes, mis nõuavad väga sagedast tsüklit paljude aastate jooksul, mis on tavaline võrgupõhises salvestamises ja sageduse reguleerimises.

[ESSi esiletõstmine]:Pikem tsükli eluiga tähendab otseselt ESS-i pikemat tööiga, vähendades projekti kogukulu. LFP vastupidavus on võtmetegur selle kasvavas populaarsuses kommunaalteenuste mastaabis salvestamise valdkonnas.

Energiatihedus (Wh/kg ja Wh/L)

LFP: Madalama energiatihedusega võrreldes enamiku NMC-valemitega. See tähendab, et LFP-aku on raskem ja suurem kui sama energiamahutavusega NMC-aku.

NMC: Pakub suuremat energiatihedust, eriti kõrge niklisisaldusega variantidel (nagu NMC 811). See omadus on kõrgelt hinnatud rakendustes, kus ruum ja kaal on kriitilise tähtsusega, näiteks elektriautodes (EV-des), et maksimeerida sõiduulatust.

[ESSi esiletõstmine]:Kuigi oluline, on kõrge energiatihedus statsionaarse energia salvestamise (BESS) puhul sageli vähem kriitiline võrreldes mobiilsete rakendustega (EV). Paljudes võrgutasemel või ärilistes salvestusprojektides on saadaolev ruum vähem piirav kui sõidukis, mistõttu on LFP madalam energiatihedus väiksem puudus. Ohutus ja tsükli eluiga on sageli esikohal.

Maksumus

LFP: Üldiselt on selle tootmiskulud madalamad tänu raua ja fosfaadi rohkusele ja madalamale hinnale võrreldes nikli ja koobaltiga. LFP on sageli koobaltivaba, vältides hinnakõikumisi ja eetilisi probleeme, mis on seotud koobalti kaevandamisega.

NMC: Kipub olema kallim, peamiselt nikli ja eriti koobalti kõikuvate hindade tõttu. Konkreetne maksumus sõltub Ni:Mn:Co suhtest.

[ESSi esiletõstmine]:Energia salvestamise laiaulatusliku kasutuselevõtu puhul on kulutõhusus ülioluline. LFP madalamad algkulud ja pikem tsükli eluiga aitavad kaasa madalamatele tasandatud salvestuskuludele (LCOS), muutes selle paljude BESS-projektide jaoks majanduslikult atraktiivseks.

Võimsusvõime (C-kiirus)

LFP: Pakub head võimsusvõimet, sobib erinevatele laadimis-/tühjenduskiirustele. Kuigi see pole alati mõeldud äärmiselt kõrgete laadimis-/tühjenduskiiruste (>5 °C) jaoks, toimib LFP hästi tüüpiliste BESS-i laadimis-/tühjenduskiiruste (nt 0,5 °C kuni 2 °C) korral, mis on vajalikud koormuse tasakaalustamiseks, tippkoormuse vähendamiseks ja isegi sageduse reguleerimiseks.

NMC: Kõrge niklisisaldusega NMC võib mõnikord pakkuda veidi suuremat võimsust väga nõudlike impulssrakenduste jaoks, kuid tavaline NMC toimib hästi ka tüüpiliste BESS-i võimsusnõuete korral.

[ESSi esiletõstmine]:Mõlemad keemilised reaktsioonid suudavad rahuldada enamiku BESS-rakenduste võimsusnõudeid. Vajalik konkreetne C-kiirus sõltub rakendusest (nt sageduse reguleerimine vajab kõrgemat C-kiirust kui tippude vähendamine).

Temperatuuri jõudlus

LFP: Üldiselt toimib see kõrgematel temperatuuridel paremini ja on termiliselt stabiilsem kui NMC, mis lihtsustab teatud keskkondades termilist haldamist. LFP jõudlus võib aga väga madalatel temperatuuridel kiiremini halveneda kui NMC.

NMC: Pakub väga madalatel temperatuuridel paremat jõudlust kui LFP. Kõrgetel temperatuuridel on aga termilise läbimurde oht suurem, mis nõuab vastupidavaid jahutussüsteeme.

[ESSi esiletõstmine]:Keskkonnatemperatuuri vahemikud on olulised. Mõlema keemilise reaktsiooni optimaalse jõudluse ja eluea säilitamiseks vajavad sobivad soojushaldussüsteemid (küte ja jahutus), kuid konkreetsed nõuded võivad erineda.

LFP vs NMC: energia salvestamise võrdlustabel

Rakenduse sobivus energia salvestamisel

Oma omaduste põhjal leiavad LFP ja NMC oma niši energia salvestamise turul:

LFP energia salvestamisel:

Võrgupõhine salvestusruum: domineeriv valik tänu kõrgele ohutusele, pikale elutsüklile ja madalamale hinnale, mistõttu sobib see ideaalselt koormuse tasakaalustamiseks, taastuvenergia integreerimiseks ja võimsuse kindlustamiseks.

Äri- ja tööstuskasutuse (C&I) BESS: populaarne tipptasemel raseerimise, kasutusaja optimeerimise ja varutoite tagamiseks, kus ohutus ja eluiga on võtmetähtsusega.
Elukoha ESS: üha enam eelistatud koduste akusüsteemide jaoks ohutuse, pika eluea ja langevate kulude tõttu, sageli koos päikesepaneelidega.
UPS-süsteemid: Asendavad pliiakusid paljudes katkematu toiteallika rakendustes pikema eluea ja kergema kaalu tõttu.

NMC energia salvestamisel:

Kuigi LFP on praegu spetsiaalse statsionaarse salvestusruumi turuliider, võib NMC-d siiski leida, eriti süsteemides, mis seavad esikohale veidi suurema energiatiheduse või töötavad väga külmas kliimas, kus selle madalatemperatuurne jõudlus on eeliseks.

Mõned spetsiaalsed rakendused, mis vajavad äärmiselt suure võimsusega impulsse, võivad kaaluda ka NMC-d, kuigi suure võimsusega LFP variandid on paranemas.

Oluline on märkida, et kuna NMC kulud vähenevad ja ohutus/eluiga paraneb, võib see teatud BESS-segmentides taas kanda kinnitada.

Kokkuvõte: õige keemia valimine oma ESS-projekti jaoks

Energia salvestamise valdkonnas taandub LFP ja NMC akukeemia valik erinevate tegurite prioriseerimisele vastavalt konkreetsetele rakendusnõuetele.

LFP-l on oma loomupärase ohutuse, pika eluea ja kulutõhususe tõttu statsionaarsete energiasalvestussüsteemide turul märkimisväärne eelis, mistõttu on see enamiku võrgutasemel, C&I- ja elamute BESS-ide jaoks eelistatud valik.

NMC oma suurema energiatihedusega on endiselt ülioluline rakendustes, kus ruum ja kaal on esmatähtsad, eriti elektriautode tööstuses, kuigi ka selle omadused arenevad pidevalt.

Enamiku energiasalvestusprojektide puhul on LFP-akude kindel ohutus, vastupidavus ja soodne ökonoomsus eelistatud tehnoloogia. Siiski on oluline hoolikalt kaaluda projekti eripärasid, sealhulgas vajalikku eluiga, töökeskkonda, energiavajadust ja eelarvet.

BSLBATT pakub täiustatud akupõhiseid energiasalvestuslahendusi, mis kasutavad LFP-d. Meie asjatundlikkus tagab, et saate oma ainulaadsete energiasalvestusvajaduste jaoks optimaalse akukeemia ja süsteemidisaini.

Avastage meie LFP akulahendusi:www.bsl-battery.com/products/
Lisateave meie BESS-lahenduste kohta:www.bsl-battery.com/ci-ess/
Võtke meiega ühendust, et arutada oma projekti:www.bsl-battery.com/contact-us/

Korduma kippuvad küsimused (KKK)

K1: Kumb aku on koduse energia salvestamiseks ohutum, LFP või NMC?

A: LFP akusid peetakse üldiselt ohutumaks elamutes ja suuremahulistes hoiustamistes tänu nende stabiilsemale keemilisele struktuurile, mis vähendab termilise läbimurde ohtu võrreldes NMC-dega, eriti kahjustuste või ülelaadimise korral.

K2: Miks kasutatakse LFP-akusid tänapäeval sagedamini võrgupõhises energia salvestamises?

A: LFP kõrge ohutuse, väga pika tsükli eluea ja madalama hinna kombinatsioon muudab selle väga kulutõhusaks ja usaldusväärseks suurtes statsionaarsetes rakendustes, mis nõuavad igapäevast tsüklit ja pikka tööiga.
K3: Kas LFP madalam energiatihedus on energia salvestamise seisukohast oluline?

A: Kuigi see tähendab, et LFP-süsteemid on mahukamad ja raskemad kui samaväärsed NMC-süsteemid, on see sageli vähem oluline statsionaarsete paigalduste puhul, kus ruumi- ja kaalupiirangud ei ole nii ranged kui mobiilsetes rakendustes, näiteks elektriautodes.

K4: Milline on BESS-i LFP- ja NMC-akude tüüpiline eluea erinevus?

A: LFP-akudel on tavaliselt oluliselt pikem tsüklite eluiga (sageli 6000+ tsüklit või 10+ aastat) võrreldes enamiku ESS-is kasutatavate NMC-akudega (mis võib olenevalt koostisest ja kasutusest olla vahemikus 1000 kuni 4000 tsüklit või 5–10 aastat). Ka kalendrieluiga mängib rolli.

K5: Kas NMC-akude hind langeb?

V: Jah, akude hinnad langevad üldiselt, sealhulgas ka NMC puhul. Siiski säilitab LFP üldiselt kulueelise, osaliselt materjalikulude (LFP-s puudub koobalt) ja mõnel juhul lihtsustatud tootmise tõttu.