LFP ir NMC akumuliatoriai: gilus energijos kaupimo taikymų tyrimas

Energijos kaupimo rinka sparčiai auga dėl tinklo stabilumo, atsinaujinančiosios energijos integravimo ir atsarginių maitinimo sprendimų poreikio. Daugelio akumuliatorinių energijos kaupimo sistemų (BESS) pagrindas yra ličio jonų technologija, o dvi svarbiausios cheminės medžiagos yra ličio geležies fosfatas (LFP) ir nikelio mangano kobaltas (NMC).

Tinkamos akumuliatorių cheminės sudėties pasirinkimas yra labai svarbus bet kokio energijos kaupimo projekto sprendimas, turintis įtakos našumui, saugumui, tarnavimo laikui ir kainai. Nors tiek LFP, tiek NMC turi įrodytą patirtį, dėl savo išskirtinių savybių jie tinka įvairioms reikmėms plačioje energijos kaupimo srityje.

Šiame straipsnyje pateikiamas išsamus LFP ir NMC baterijų palyginimas, ypatingą dėmesį skiriant jų aktualumui ir našumui energijos kaupimo sistemose (ESS).

Pagrindų supratimas: kas yra LFP ir NMC baterijos?

Ir LFP, ir NMC yra ličio jonų akumuliatorių tipai, tai reiškia, kad jie kaupia ir išskiria energiją judėdami ličio jonams tarp teigiamo elektrodo (katodo) ir neigiamo elektrodo (anodo). Pagrindinis skirtumas yra katodo medžiagoje.

LFP (ličio geležies fosfatas): naudoja LiFePO4 kaip katodo medžiagą. Ši struktūra yra žinoma dėl savo išskirtinio stabilumo.
NMC (nikelio mangano kobaltas): naudoja nikelio, mangano ir kobalto oksidų mišinį įvairiais santykiais (pvz., NMC 111, 532, 622, 811) kaip katodą. Koreguodami santykį, gamintojai gali optimizuoti skirtingas savybes, tokias kaip energijos tankis ar ciklo trukmė.

Dabar palyginkime juos pagal veiksnius, kurie yra svarbiausi energijos kaupimo taikymams.

Pagrindiniai veiklos rodikliai: LFP ir NMC ESS sistemoje

Vertinant baterijas BESS, svarbiausi yra keli techniniai parametrai.

Saugumas

LFP: Paprastai laikomas saugesniu dėl savo stabilios olivino struktūros. PO jungtis LiFePO4 yra stipresnė nei metalo oksido jungtys NMC, todėl ji mažiau linkusi į šiluminį išsiveržimą net ir esant atšiaurioms sąlygoms, tokioms kaip perkrovimas ar fizinė žala. Šis vidinis saugumas yra pagrindinis privalumas didelio masto, stacionarioms energijos kaupimo sistemoms, kur saugumas yra svarbiausias dalykas.

NMC: Nors atlikta reikšmingų patobulinimų, NMC akumuliatoriai, ypač variantai su dideliu nikelio kiekiu, yra mažiau termiškai stabilūs nei LFP ir, jei netinkamai valdomi, labiau jautrūs terminiam išsiveržimui. Pažangios akumuliatorių valdymo sistemos (BMS) ir šilumos valdymas yra labai svarbūs NMC saugumui užtikrinti.

[Svarbiausia ESS dalis]:Stacionariam saugojimui LFP pranašesnis saugos profilis yra reikšmingas pranašumas, galintis supaprastinti sistemos projektavimą ir sumažinti saugos infrastruktūros sąnaudas, palyginti su NMC.

Ciklo gyvenimas

LFP: Paprastai pasižymi ilgesniu ciklų tarnavimo laiku, palyginti su dauguma NMC cheminių medžiagų. LFP baterijos dažnai gali atlaikyti tūkstančius įkrovimo-iškrovimo ciklų (pvz., daugiau nei 6000 ciklų esant 80 % DOD) su minimaliu degradavimu. Šis tvirtumas pasiekiamas dėl stabilios kristalinės struktūros ir mažesnio mechaninio įtempio ciklų metu.

NMC: Ciklo trukmė labai skiriasi priklausomai nuo konkrečios NMC sudėties (pvz., mažesnio nikelio kiekio, pvz., NMC 111, ciklo trukmė gali būti ilgesnė nei didelio nikelio kiekio NMC 811). Nors kai kurios NMC formulės pasiekia gerą ciklo trukmę, LFP paprastai yra pranašesnis taikymuose, kuriems reikalingas labai dažnas ciklavimas daugelį metų, o tai būdinga tinklo masto kaupimui ir dažnio reguliavimui.

[Svarbiausia ESS dalis]:Ilgesnis ciklo tarnavimo laikas tiesiogiai reiškia ilgesnį ESS eksploatavimo laiką, todėl sumažėja bendros eksploatavimo išlaidos per visą projekto laikotarpį. LFP patvarumas yra pagrindinis veiksnys, lemiantis jo augantį populiarumą komunalinių paslaugų masto kaupimo srityje.

Energijos tankis (Wh/kg ir Wh/l)

LFP: turi mažesnį energijos tankį, palyginti su dauguma NMC formulių. Tai reiškia, kad LFP baterija bus sunkesnė ir didesnė nei tos pačios energijos talpos NMC baterija.

NMC: pasižymi didesniu energijos tankiu, ypač variantai su dideliu nikelio kiekiu (pvz., NMC 811). Ši savybė labai vertinama tais atvejais, kai erdvė ir svoris yra labai svarbūs, pavyzdžiui, elektromobiliuose (EV), siekiant maksimaliai padidinti važiavimo atstumą.

[Svarbiausia ESS dalis]:Nors didelis energijos tankis yra svarbus, jis dažnai yra mažiau svarbus stacionariam energijos kaupimui (BESS), palyginti su mobiliomis programomis (EV). Daugelyje tinklo masto ar komercinių kaupimo projektų turima erdvė yra mažiau ribojanti nei transporto priemonėje, todėl mažesnis LFP energijos tankis nėra toks trūkumas. Saugumas ir ciklo trukmė dažnai yra svarbesni.

Kaina

LFP: Paprastai gamybos sąnaudos yra mažesnės dėl geležies ir fosfato gausos bei mažesnės kainos, palyginti su nikeliu ir kobaltu. LFP dažnai yra be kobalto, todėl išvengiama kainų svyravimų ir etinių problemų, susijusių su kobalto kasyba.

NMC: Paprastai brangesnis, daugiausia dėl svyruojančių nikelio ir ypač kobalto kainų. Konkreti kaina priklauso nuo Ni:Mn:Co santykio.

[Svarbiausia ESS dalis]:Didelio masto energijos kaupimo diegimui labai svarbus ekonomiškumas. Mažesnės pradinės LFP sąnaudos ir ilgesnis ciklo tarnavimo laikas lemia mažesnes išlygintąsias kaupimo sąnaudas (LCOS), todėl jis ekonomiškai patrauklus daugeliui energijos kaupimo projektų.

Galios pajėgumas (C dažnis)

LFP: Gali užtikrinti gerą galią, tinkamą įvairiems įkrovimo / iškrovimo greičiams. Nors ne visada skirtas itin dideliems įkrovimo / iškrovimo greičiams (> 5 °C), LFP gerai veikia esant tipiniams BESS C greičiams (pvz., nuo 0,5 °C iki 2 °C), reikalingiems apkrovos išlyginimui, piko mažinimui ir net tam tikram dažnio reguliavimui.

NMC: Didelio nikelio kiekio NMC kartais gali pasiūlyti šiek tiek didesnę galią labai sudėtingoms impulsinėms reikmėms, tačiau standartinis NMC taip pat gerai veikia tipiniuose BESS galios reikalavimuose.

[Svarbiausia ESS dalis]:Abu cheminiai reagentai gali patenkinti daugumos BESS taikymų galios reikalavimus. Reikalingas konkretus C greitis priklauso nuo taikymo (pvz., dažnio reguliavimui reikalingas didesnis C greitis nei piko mažinimui).

Temperatūros charakteristikos

LFP: Paprastai aukštesnėje temperatūroje veikia geriau ir yra termiškai stabilesnis, palyginti su NMC, todėl kai kuriose aplinkose supaprastėja šilumos valdymas. Tačiau labai žemoje temperatūroje LFP našumas gali sumažėti greičiau nei NMC.

NMC: Užtikrina geresnį našumą labai žemoje temperatūroje nei LFP. Tačiau esant aukštai temperatūrai, šiluminio išsiveržimo rizika yra didesnė, todėl reikalingos tvirtos aušinimo sistemos.

[Svarbiausia ESS dalis]:Aplinkos darbinės temperatūros diapazonai yra svarbūs. Abiem chemijos rūšims reikalingos tinkamos šilumos valdymo sistemos (šildymo ir vėsinimo), kad būtų išlaikytas optimalus veikimas ir tarnavimo laikas, tačiau konkretūs reikalavimai gali skirtis.

LFP ir NMC: energijos kaupimo palyginimo lentelė

Tinkamumas energijos kaupimui

Remiantis jų savybėmis, LFP ir NMC randa savo nišas energijos kaupimo rinkoje:

LFP energijos kaupime:

Tinklinis kaupimas: dominuojantis pasirinkimas dėl didelio saugumo, ilgo ciklo ir mažesnės kainos, todėl idealiai tinka apkrovos išlyginimui, atsinaujinančios energijos integravimui ir pajėgumų didinimui.

Komercinis ir pramoninis (C&I) BESS: populiarus dėl piko skutimosi, naudojimo laiko optimizavimo ir atsarginio maitinimo, kai svarbiausia yra saugumas ir ilgaamžiškumas.
Gyvenamųjų namų ESS: vis labiau pageidaujamos namų akumuliatorių sistemoms dėl saugumo, ilgo tarnavimo laiko ir mažėjančių išlaidų, dažnai derinamos su saulės fotovoltinėmis sistemomis.
UPS sistemos: daugelyje nepertraukiamo maitinimo šaltinių pakeičia švino-rūgštines baterijas dėl ilgesnio tarnavimo laiko ir mažesnio svorio.

NMC energijos kaupime:

Nors LFP šiuo metu pirmauja specializuotų stacionarių kaupiklių srityje, NMC vis dar galima rasti, ypač sistemose, kuriose pirmenybė teikiama šiek tiek didesniam energijos tankiui arba veikiančiose labai šalto klimato sąlygomis, kur jos veikimas žemoje temperatūroje yra privalumas.

Kai kurios specializuotos programos, kurioms reikalingi itin didelės galios impulsai, taip pat gali apsvarstyti NMC, nors didelės galios LFP variantai tobulėja.

Svarbu pažymėti, kad mažėjant NMC sąnaudoms ir gerėjant saugai / eksploatavimo trukmei, ji gali atgauti pozicijas tam tikruose BESS segmentuose.

Išvada: tinkamos chemijos pasirinkimas jūsų ESS projektui

Energijos kaupimo srityje pasirinkimas tarp LFP ir NMC akumuliatorių chemijos priklauso nuo skirtingų veiksnių prioritetizavimo, atsižvelgiant į konkrečius taikymo reikalavimus.

Dėl savo saugumo, ilgo ciklo ir ekonomiškumo LFP šiuo metu turi didelį pranašumą stacionarių energijos kaupimo sistemų rinkoje, todėl tai yra geriausias pasirinkimas daugumai tinklo masto, C&I ir gyvenamųjų namų ekonominio efektyvumo sistemų.

NMC, pasižymintis didesniu energijos tankiu, išlieka labai svarbus tose srityse, kur erdvė ir svoris yra riboti, ypač elektromobilių pramonėje, nors jo charakteristikos taip pat keičiasi.

Daugumai energijos kaupimo projektų LFP akumuliatoriai yra pageidaujama technologija dėl savo patikimo saugumo, ilgaamžiškumo ir palankios ekonominės savybės. Tačiau būtina atidžiai apsvarstyti projekto specifiką, įskaitant reikiamą tarnavimo laiką, eksploatavimo aplinką, energijos poreikius ir biudžetą.

„BSLBATT“ siūlo pažangius akumuliatorių energijos kaupimo sprendimus, naudojant LFP. Mūsų patirtis užtikrina, kad gausite optimalią akumuliatorių chemiją ir sistemos dizainą, atitinkantį jūsų unikalius energijos kaupimo poreikius.

Peržiūrėkite mūsų LFP akumuliatorių sprendimus:www.bsl-battery.com/products/
Sužinokite apie mūsų BESS sprendimus:www.bsl-battery.com/ci-ess/
Susisiekite su mumis ir aptarkite savo projektą:www.bsl-battery.com/contact-us/

Dažnai užduodami klausimai (DUK)

1 klausimas: Kuri baterija yra saugesnė namų energijos kaupimui – LFP ar NMC?

A: LFP baterijos paprastai laikomos saugesnėmis gyvenamosioms patalpoms ir didelio masto saugojimui dėl stabilesnės cheminės struktūros, kuri sumažina šiluminio išsiveržimo riziką, palyginti su NMC, ypač pažeidimo ar perkrovimo atveju.

2 klausimas: Kodėl LFP baterijos šiandien dažniau naudojamos tinklo masto energijos kaupimui?

A: Dėl didelio saugumo, labai ilgo ciklo tarnavimo laiko ir mažesnės kainos LFP yra labai ekonomiškas ir patikimas didelėms, stacionarioms reikmėms, kurioms reikalingas kasdienis ciklavimas ir ilgas eksploatavimo laikas.
3 klausimas: Ar mažesnis LFP energijos tankis yra svarbus energijos kaupimui?

A: Nors tai reiškia, kad LFP sistemos yra didesnės ir sunkesnės nei atitinkamos NMC sistemos, tai dažnai yra mažiau svarbu stacionariems įrenginiams, kur vietos ir svorio apribojimai nėra tokie griežti kaip mobiliose sistemose, tokiose kaip elektrinės transporto priemonės.

4 klausimas: Koks yra tipinis LFP ir NMC akumuliatorių tarnavimo laiko skirtumas BESS sistemoje?

A: LFP baterijos paprastai pasižymi žymiai ilgesniu ciklų tarnavimo laiku (dažnai 6000+ ciklų arba 10+ metų), palyginti su dauguma NMC baterijų, naudojamų ESS (kurios gali svyruoti nuo 1000 iki 4000 ciklų arba 5–10 metų, priklausomai nuo sudėties ir naudojimo). Kalendorinis tarnavimo laikas taip pat vaidina svarbų vaidmenį.

5 klausimas: Ar NMC baterijų kaina mažėja?

A: Taip, akumuliatorių kainos mažėja, įskaitant ir NMC. Tačiau LFP paprastai išlaiko kainos pranašumą, iš dalies dėl medžiagų sąnaudų (LMP nėra kobalto) ir kai kuriais atvejais dėl supaprastintos gamybos.