LFP un NMC akumulatori: padziļināta informācija par enerģijas uzglabāšanas lietojumprogrammām

Enerģijas uzkrāšanas tirgus strauji attīstās, ko veicina nepieciešamība pēc tīkla stabilitātes, atjaunojamās enerģijas integrācijas un rezerves barošanas risinājumiem. Lielākās daļas akumulatoru enerģijas uzkrāšanas sistēmu (BESS) pamatā ir litija jonu tehnoloģija, un divas visizplatītākās ķīmiskās vielas ir litija dzelzs fosfāts (LFP) un niķeļa mangāna kobalts (NMC).

Pareiza akumulatora ķīmiskā sastāva izvēle ir kritiski svarīgs lēmums jebkurā enerģijas uzkrāšanas projektā, kas ietekmē veiktspēju, drošību, kalpošanas laiku un izmaksas. Lai gan gan LFP, gan NMC ir pierādījuši savu efektivitāti, to atšķirīgās īpašības padara tos piemērotus dažādiem pielietojumiem plašajā enerģijas uzkrāšanas ainavā.

Šajā rakstā ir sniegts detalizēts LFP un NMC akumulatoru salīdzinājums, īpaši koncentrējoties uz to atbilstību un veiktspēju enerģijas uzkrāšanas sistēmās (ESS).

Pamatu izpratne: Kas ir LFP un NMC akumulatori?

Gan LFP, gan NMC ir litija jonu akumulatoru veidi, kas nozīmē, ka tie uzglabā un atbrīvo enerģiju, pārvietojot litija jonus starp pozitīvo elektrodu (katodu) un negatīvo elektrodu (anodu). Galvenā atšķirība ir katoda materiālā.

LFP (litija dzelzs fosfāts): izmanto LiFePO4 kā katoda materiālu. Šī struktūra ir pazīstama ar savu izcilo stabilitāti.
NMC (niķeļa mangāna kobalts): Kā katodu izmanto niķeļa, mangāna un kobalta oksīdu maisījumu dažādās attiecībās (piemēram, NMC 111, 532, 622, 811). Pielāgojot attiecību, ražotāji var optimizēt dažādas īpašības, piemēram, enerģijas blīvumu vai cikla ilgumu.

Tagad salīdzināsim tos, pamatojoties uz faktoriem, kas ir vissvarīgākie enerģijas uzkrāšanas lietojumprogrammās.

Galvenie darbības rādītāji: LFP salīdzinājumā ar NMC ESS sistēmā

Vērtējot akumulatorus BESS vajadzībām, centrālais faktors ir vairāki tehniskie parametri.

Drošība

LFP: Parasti tiek uzskatīts par drošāku, pateicoties tā iekšēji stabilajai olivīna struktūrai. PO saite LiFePO4 ir spēcīgāka nekā metāla oksīda saites NMC, padarot to mazāk pakļautu termiskai nekontrolējamai iedarbībai pat skarbos apstākļos, piemēram, pārlādēšanas vai fizisku bojājumu gadījumā. Šī iekšējā drošība ir liela priekšrocība liela mēroga, stacionārām enerģijas uzkrāšanas sistēmām, kur drošība ir ārkārtīgi svarīga.

NMC: Lai gan ir veikti ievērojami uzlabojumi, NMC akumulatori, īpaši varianti ar augstu niķeļa saturu, ir mazāk termiski stabili nekā LFP un ir vairāk pakļauti termiskai nekontrolējamai darbībai, ja tie netiek pareizi pārvaldīti. Uzlabotas akumulatoru pārvaldības sistēmas (BMS) un termiskā pārvaldība ir ļoti svarīgas NMC drošības nodrošināšanai.

[Svarīgākais ESS aspekts]:Stacionārai uzglabāšanai LFP augstākais drošības profils ir būtiska priekšrocība, kas potenciāli vienkāršo sistēmas projektēšanu un samazina drošības infrastruktūras izmaksas salīdzinājumā ar NMC.

Cikla dzīve

LFP: Parasti piedāvā ilgāku cikla kalpošanas laiku salīdzinājumā ar lielāko daļu NMC ķīmisko vielu. LFP akumulatori bieži vien var izturēt tūkstošiem uzlādes un izlādes ciklu (piemēram, vairāk nekā 6000 ciklu ar 80% izlādes zudumu) ar minimālu degradāciju. Šī izturība ir saistīta ar stabilu kristāla struktūru un mazāku mehānisko spriegumu cikla laikā.

NMC: Cikla ilgums ievērojami atšķiras atkarībā no konkrētā NMC sastāva (piemēram, NMC ar zemāku niķeļa saturu, piemēram, NMC 111, var būt ilgāks kalpošanas laiks nekā NMC 811 ar augstu niķeļa saturu). Lai gan dažas NMC formulas sasniedz labu cikla ilgumu, LFP parasti ir priekšrocības lietojumos, kuros nepieciešams ļoti biežs cikls daudzu gadu garumā, kas ir izplatīts tīkla mēroga uzglabāšanā un frekvences regulēšanā.

[Svarīgākais ESS aspekts]:Ilgāks cikla laiks tieši nozīmē ilgāku ESS ekspluatācijas laiku, samazinot kopējās īpašumtiesību izmaksas projekta laikā. LFP izturība ir galvenais faktors tā pieaugošajā popularitātē liela mēroga uzglabāšanā.

Enerģijas blīvums (Wh/kg un Wh/L)

LFP: Tam ir zemāks enerģijas blīvums salīdzinājumā ar lielāko daļu NMC formulu. Tas nozīmē, ka LFP akumulators būs smagāks un lielāks nekā NMC akumulators ar tādu pašu enerģijas ietilpību.

NMC: Piedāvā augstāku enerģijas blīvumu, īpaši variantus ar augstu niķeļa saturu (piemēram, NMC 811). Šī īpašība ir ļoti vērtīga lietojumos, kur telpa un svars ir kritiski svarīgi, piemēram, elektriskajos transportlīdzekļos (EV), lai maksimāli palielinātu braukšanas attālumu.

[Svarīgākais ESS aspekts]:Lai gan augsts enerģijas blīvums ir svarīgs, tas bieži vien ir mazāk svarīgs stacionārai enerģijas uzkrāšanai (BESS) salīdzinājumā ar mobilajām lietojumprogrammām (EV). Daudzos tīkla mēroga vai komerciālos uzkrāšanas projektos pieejamā telpa ir mazāk ierobežojošs faktors nekā transportlīdzeklī, padarot LFP zemāko enerģijas blīvumu mazāk neizdevīgu. Drošība un cikla ilgums bieži vien ir prioritāri.

Izmaksas

LFP: Parasti tam ir zemākas ražošanas izmaksas, pateicoties dzelzs un fosfāta pārpilnībai un zemākām izmaksām salīdzinājumā ar niķeli un kobaltu. LFP bieži vien nesatur kobaltu, tādējādi novēršot cenu svārstības un ētiskās bažas, kas saistītas ar kobalta ieguvi.

NMC: Parasti ir dārgāks, galvenokārt niķeļa un jo īpaši kobalta cenu svārstību dēļ. Konkrētās izmaksas ir atkarīgas no Ni:Mn:Co attiecības.

[Svarīgākais ESS aspekts]:Izmaksu efektivitāte ir ļoti svarīga enerģijas uzkrāšanas plaša mēroga ieviešanai. LFP zemākās sākotnējās izmaksas un ilgāks cikla kalpošanas laiks veicina zemākas izlīdzinātās uzglabāšanas izmaksas (LCOS), padarot to ekonomiski pievilcīgu daudziem enerģijas uzglabāšanas projektiem.

Jaudas jauda (C ātrums)

LFP: Var nodrošināt labu jaudas jaudu, kas ir piemērota dažādiem uzlādes/izlādes ātrumiem. Lai gan LFP ne vienmēr ir paredzēts ārkārtīgi augstiem C ātrumiem (>5 °C), tas labi darbojas tipiskiem BESS C ātrumiem (piemēram, no 0,5 °C līdz 2 °C), kas nepieciešami slodzes izlīdzināšanai, maksimuma samazināšanai un pat zināmai frekvences regulēšanai.

NMC: Augsta niķeļa satura NMC dažreiz var piedāvāt nedaudz lielāku jaudas jaudu ļoti prasīgām impulsu lietojumprogrammām, taču standarta NMC labi darbojas arī tipiskās BESS jaudas prasībās.

[Svarīgākais ESS aspekts]:Abas ķīmiskās reakcijas var apmierināt lielākās daļas BESS lietojumprogrammu jaudas prasības. Konkrētais nepieciešamais C ātrums ir atkarīgs no lietojumprogrammas (piemēram, frekvences regulēšanai ir nepieciešams augstāks C ātrums nekā maksimuma regulēšanai).

Temperatūras veiktspēja

LFP: Kopumā augstākās temperatūrās darbojas labāk un ir termiski stabilāks salīdzinājumā ar NMC, kas vienkāršo termisko pārvaldību dažās vidēs. Tomēr LFP veiktspēja var pasliktināties ātrāk nekā NMC ļoti zemā temperatūrā.

NMC: Nodrošina labāku veiktspēju ļoti zemā temperatūrā nekā LFP. Tomēr augstā temperatūrā termiskās nekontrolējamas pārslodzes risks ir lielāks, tāpēc ir nepieciešamas izturīgas dzesēšanas sistēmas.

[Svarīgākais ESS aspekts]:Apkārtējās vides darba temperatūras diapazoni ir svarīgi. Abām ķīmiskajām vielām ir nepieciešamas atbilstošas ​​termiskās pārvaldības sistēmas (apkure un dzesēšana), lai uzturētu optimālu veiktspēju un kalpošanas laiku, taču konkrētās prasības var atšķirties.

LFP pret NMC: enerģijas uzglabāšanas salīdzināšanas tabula

Pielietojuma piemērotība enerģijas uzkrāšanā

Pamatojoties uz to īpašībām, LFP un NMC atrod savu nišu enerģijas uzglabāšanas tirgū:

LFP enerģijas uzglabāšanā:

Tīkla mēroga uzglabāšana: dominējoša izvēle, pateicoties augstajai drošībai, ilgajam cikla laikam un zemākām izmaksām, padarot to ideāli piemērotu slodzes izlīdzināšanai, atjaunojamās enerģijas integrācijai un jaudas nostiprināšanai.

Komerciālais un rūpnieciskais (C&I) BESS: populārs maksimālās skūšanās, lietošanas laika optimizācijas un rezerves barošanas nodrošināšanai, kur drošība un kalpošanas laiks ir galvenais.
Dzīvojamo māju ESS: Arvien biežāk tiek izvēlētas mājas akumulatoru sistēmas drošības, ilga kalpošanas laika un krītošo izmaksu dēļ, bieži vien apvienojumā ar saules fotoelektriskajām iekārtām.
UPS sistēmas: Daudzās nepārtrauktās barošanas avotu lietojumprogrammās aizstāj svina-skābes akumulatorus, pateicoties ilgākam kalpošanas laikam un vieglākam svaram.

NMC enerģijas uzglabāšanā:

Lai gan LFP pašlaik ir līderis specializētās stacionārās uzglabāšanas jomā, NMC joprojām ir atrodams, īpaši sistēmās, kurās prioritāte ir nedaudz augstākam enerģijas blīvumam vai kuras darbojas ļoti aukstā klimatā, kur tā veiktspēja zemā temperatūrā ir priekšrocība.

Dažās specializētās lietojumprogrammās, kurām nepieciešami ārkārtīgi lieljaudas impulsi, varētu apsvērt arī NMC, lai gan lieljaudas LFP varianti uzlabojas.

Ir svarīgi atzīmēt, ka, samazinoties NMC izmaksām un uzlabojoties drošībai/kalpošanas laikam, tas varētu atgūt zināmu pozīcijas atsevišķos BESS segmentos.

Secinājums: pareizās ķīmijas izvēle jūsu ESS projektam

Enerģijas uzglabāšanas jomā izvēle starp LFP un NMC akumulatoru ķīmiju ir atkarīga no dažādu faktoru prioritāšu noteikšanas, pamatojoties uz konkrētajām pielietojuma prasībām.

LFP pašlaik ir ievērojamas priekšrocības stacionārās enerģijas uzkrāšanas tirgū, pateicoties tā raksturīgajai drošībai, ilgajam cikla laikam un izmaksu efektivitātei, padarot to par labāko izvēli lielākajai daļai tīkla mēroga, C&I un dzīvojamo māju BESS.

NMC ar augstāku enerģijas blīvumu joprojām ir ļoti svarīga lietojumos, kuros telpa un svars ir ierobežoti, jo īpaši elektrotransportlīdzekļu nozarē, lai gan arī tā īpašības attīstās.

Lielākajā daļā enerģijas uzkrāšanas projektu LFP akumulatoru spēcīgā drošība, izturība un labvēlīgā ekonomiskā vērtība padara tos par vēlamo tehnoloģiju. Tomēr ir svarīgi rūpīgi apsvērt projekta specifiku, tostarp nepieciešamo kalpošanas laiku, darba vidi, enerģijas vajadzības un budžetu.

BSLBATT piedāvā uzlabotus akumulatoru enerģijas uzkrāšanas risinājumus, izmantojot LFP. Mūsu pieredze nodrošina optimālu akumulatora ķīmisko sastāvu un sistēmas dizainu atbilstoši jūsu unikālajām enerģijas uzkrāšanas vajadzībām.

Iepazīstieties ar mūsu LFP akumulatoru risinājumiem:www.bsl-battery.com/products/
Uzziniet par mūsu BESS risinājumiem:www.bsl-battery.com/ci-ess/
Sazinieties ar mums, lai pārrunātu savu projektu:www.bsl-battery.com/contact-us/

Bieži uzdotie jautājumi (BUJ)

1. jautājums: Kura baterija ir drošāka mājas enerģijas uzglabāšanai — LFP vai NMC?

A: LFP akumulatori parasti tiek uzskatīti par drošākiem lietošanai dzīvojamās telpās un liela mēroga uzglabāšanai to stabilākās ķīmiskās struktūras dēļ, kas samazina termiskās nekontrolējamas pārslodzes risku salīdzinājumā ar NMC akumulatoriem, īpaši bojājumu vai pārlādēšanas gadījumā.

2. jautājums: Kāpēc mūsdienās LFP baterijas biežāk tiek izmantotas tīkla mēroga enerģijas uzglabāšanā?

A: LFP augstās drošības, ļoti ilga cikla kalpošanas laika un zemāku izmaksu kombinācija padara to ļoti rentablu un uzticamu lieliem, stacionāriem lietojumiem, kuriem nepieciešama ikdienas ciklēšana un ilgs ekspluatācijas laiks.
3. jautājums: Vai LFP zemākajam enerģijas blīvumam ir nozīme enerģijas uzkrāšanā?

A: Lai gan tas nozīmē, ka LFP sistēmas ir apjomīgākas un smagākas nekā līdzvērtīgas NMC sistēmas, tas bieži vien ir mazāk svarīgi stacionārām instalācijām, kur vietas un svara ierobežojumi nav tik stingri kā mobilajās lietojumprogrammās, piemēram, elektriskajos transportlīdzekļos.

4. jautājums: Kāda ir tipiskā LFP un NMC akumulatoru kalpošanas laika atšķirība BESS sistēmās?

A: LFP akumulatoriem parasti ir ievērojami ilgāks cikla kalpošanas laiks (bieži vien 6000+ cikli vai 10+ gadi), salīdzinot ar lielāko daļu NMC akumulatoru, ko izmanto ESS (kas var būt no 1000 līdz 4000 cikliem vai 5–10 gadiem atkarībā no sastāva un lietošanas veida). Arī kalendāra kalpošanas laikam ir nozīme.

5. jautājums: Vai NMC akumulatoru izmaksas samazinās?

A: Jā, akumulatoru izmaksas kopumā samazinās, ieskaitot NMC. Tomēr LFP parasti saglabā izmaksu priekšrocības, daļēji materiālu izmaksu (LFP nesatur kobaltu) un dažos gadījumos vienkāršotas ražošanas dēļ.