LiFePO4 kontra akumulatory litowo-jonowe - jak zdecydować którego z nich potrzebujesz

Spis treści:
1. Jak różnią się właściwości chemiczne akumulatorów litowo-jonowych i LiFe-PO4?
2. Porównanie akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych i litowo-jonowych
3. LiFePO4 vs litowo-jonowy- który wybrać?
4. Czy akumulatory litowe są lepsze niż odpowiedniki niezawierające litu?
5. Końcowe uwagi
6. Często zadawane pytania

Akumulatory o dużej pojemności mają spore wzięcie w dzisiejszych czasach, w szerokim zakresie zastosowań. Te akumulatory sprawdzają się dobrze jako akumulatory rekreacyjne, akumulatory stosowane w pojazdach elektrycznych, akumulatory solarne i są używane również do innych celów. Wiele lat temu można było zaobserwować, że akumulatory kwasowo-ołowiowe były jedynymi opcjami akumulatorów o dużej pojemności dostępnymi na rynku. Jednakże, rynek obecnie zmienił się znacząco, a popyt przechylił się w stronę akumulatorów na bazie litu z powodu możliwości ich zastosowania. Mając to na względzie, dwa typy akumulatorów wznoszą się ponad resztę- akumulatory litowo-jonowe i akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (LiFePO4). Ponieważ oba są akumulatorami na bazie litu, ludzie często zastanawiają się nad różnicami pomiędzy tymi dwoma typami. W związku z tym, w poniższym artykule przyjrzymy się dokładnie akumulatorom i temu, jak różnią się między sobą. Dowiesz się o ich wydajności w szerokim zakresie różnych parametrów i zdobędziesz lepsze rozeznanie na temat tego, który akumulator będzie odpowiednio pasował do Ciebie. Bez zbędnego przedłużania, zaczynajmy:

Jak różnią się właściwości chemiczne akumulatorów litowo-jonowych i LiFe-PO4?

Zarówno akumulatory litowo-jonowe jak i akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe mieszczą się w kategorii akumulatorów litowych. W związku z tym, konstrukcja obu akumulatorów posiada wiele podobieństw.

Co do zasady, akumulatory litowo-jonowe opierają się na ruchu jonów litowych pomiędzy dwiema elektrodami w roztworze elektrolitu lub w żelu. Materiały, z których jest zbudowana katoda to bazujące na licie związki, takie jak tlenek litowo-kobaltowy czy tlenek litowo-manganowy. Anoda jest zazwyczaj złożona z materiałów węglowych, takich jak grafit. W związku z tym, że istnieje duża liczba opcji w zakresie materiałów i zastosowanego elektrolitu, jest wiele różnych dostępnych typów akumulatorów litowo-jonowych. Niektóre wersje zawierają polimery zamiast płynnego elektrolitu i są nazywane polimerowymi akumulatorami litowo-jonowymi. Pojedyncze ogniwo akumulatora litowo-jonowego zazwyczaj generuje napięcie o wartości około 3,6 V. Aby wytworzyć energię użytkową, trzy lub więcej takich ogniw jest połączone ze sobą i tworzą one pojedynczy akumulator litowo-jonowy.

Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe

Razem z postępem technologii, nowe materiały były testowane jako materiały budulcowe katody w akumulatorze litowo-jonowym. Jednym z tych materiałów jest fosforan litowo-żelazowy (LiFePO4). Akumulatory, w których do budowy katody użyty jest fosforan litowo-żelazowy nazywają się akumulatory litowo-fosforanowe (LiFePO4 lub akumulatory LFP). Pojedyncze ogniwo akumulatora litowo-żelazowego wytwarza napięcie o wartości pomiędzy 3,2 V do 3,3 V. A zatem, trzy lub cztery takie ogniwa są połączone ze sobą w serię tworząc razem pojedynczy akumulator LFP.

Jakie są podobieństwa między akumulatorami litowo-jonowymi a akumulatorami LFP?
Jak było wspomniane wcześniej, zarówno akumulatory litowo-jonowe jak i akumulatory LFP podpadają pod klasę akumulatorów na bazie litu. W związku z tym, istnieje wiele podobieństw pomiędzy tymi dwoma typami akumulatorów. Po pierwsze, oba te akumulatory opierają się o ruch jonów litowych w celu wytworzenia prądu. Dodatkowo, obydwa z nich używają grafitu jako materiału, z którego zbudowana jest anoda. Istnieje mniej różnic pomiędzy akumulatorami litowo-jonowymi a akumulatorami LFP niż w jakimkolwiek przypadku, gdyby porównało się jeden z tych typów akumulatorów do innego, nie używającego litu.

Porównanie akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych i litowo-jonowych

Przejdziemy przez porównanie pomiędzy akumulatorem LFP a innymi akumulatorami litowo-jonowymi, opierając się o różne czynniki, które są znaczące

Gęstość energii

Gęstość energii jest to ilość energii elektrycznej, którą może dostarczyć akumulator w stosunku do masy akumulatora. Jest ona mierzona w watogodzinach na kilogram (Wh/kg). Jeśli akumulator posiada większą gęstość energii, mniejsza masa tego akumulatora może dostarczyć więcej energii elektrycznej.

Litowo-jonowe

Akumulatory litowo jonowe mają jedną z najwyższych gęstości energii spośród wszystkich typów akumulatorów. Te akumulatory zapewniają gęstość energii na poziomie około 100 Wh/kg do 265 Wh/kg.

LiFePO4

Gęstość energii akumulatora LFP jest nieco niższa niż w przypadku akumulatora litowo-jonowego. Ich gęstość energii przypada na wartości pomiędzy 90-165 Wh/kg.

Werdykt: Akumulatory litowo-jonowe mają większą gęstość energii. To jest powodem, dla którego te akumulatory znajdują zastosowanie w aplikacjach mniejszych rozmiarów i głodnych energii.

Cykl życiowy i żywotność

Pojęcie „cykl życiowy” odnosi się do ilości cykli, które akumulator może wytrzymać bez spadku jego wydajności. Jeden cykl jest to proces przechodzenia akumulatora od jednego poziomu pełnego naładowania do jednego poziomu całkowitego rozładowania, a później ponownego całkowitego naładowania. Dłuższy cykl życiowy akumulatora wskazuje na to, że wytrzyma on dłużej, zapewniając lepszą opłacalność Twojej inwestycji.

Litowo-jonowe

Akumulatory litowo-jonowe zazwyczaj zapewniają cykl życiowy pomiędzy 300 do 500 cykli. To przekłada się na czas użytkowania od 2 do 3 lat.

LiFePO4

Akumulatory LFP mają cykl życiowy o dużej wartości- około 3000 cykli. To przekłada się na okres ponad 7 lat.

Werdykt: Akumulatory LFP są znacząco lepsze pod względem cyklu życiowego i żywotności akumulatora, wytrzymując około czterech do pięciu razy dłużej niż akumulatory litowo-jonowe

Głębokość rozładowania (DoD)

Głębokość rozładowania odnosi się do wartości procentowej, do momentu której akumulator może być rozładowany bez wywołania żadnej szkody dla akumulatora. Jeśli akumulator zostanie rozładowany poniżej głębokości rozładowania, może to trwale uszkodzić akumulator. Wyższa głębokość rozładowania wskazuje na szerszy zakres wydajności akumulatora, ponieważ utylizujesz więcej zmagazynowanej energii.

Litowo-jonowe

Akumulatory litowo-jonowe mają głębokość rozładowania od około 80% do 95%. Oznacza to, że musisz zostawić akumulator naładowany do poziomu przynajmniej 5% do 20% (dokładna wartość liczbowa jest zależna od konkretnego akumulatora) za każdym razem.

LiFePO4

Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe posiadają zniewalającą głębokość rozładowania na poziomie 100%. Oznacza to, że możesz całkowicie pozbawić akumulator energii bez żadnej obawy zniszczenia go.

Werdykt: Akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy jest ewidentnym zwycięzcą jeśli chodzi o głębokość rozładowania. Co ciekawe, wszystkie akumulatory bazujące na licie posiadają znacznie wyższe DoD niż akumulatory kwasowo-ołowiowe, ponieważ te ostatnie oferują głębokość rozładowania jedynie na poziomie 50%.

Wskaźnik samorozładowania

Nawet kiedy akumulator nie jest podłączony do żadnego urządzenia, nadal zachodzą wewnętrzne reakcje chemiczne, które wyczerpują część energii zmagazynowanej podczas ładowania, nawet jeśli jest to nieznaczna utrata. Wskaźnik samorozładowania to poziom, w którym akumulator traci swoje naładowanie kiedy nie jest do niczego podłączony. Niższe wskaźniki samorozładowania są lepsze dla akumulatora, ponieważ wskazują na lepszą stabilność chemiczną i dłuższe zatrzymanie poziomu naładowania.

Litowo-jonowe

Dla akumulatorów litowo-jonowych, wskaźnik samorozładowania wynosi około 5% na miesiąc. To oznacza, że jeżeli akumulator litowo-jonowy jest naładowany, odłączony i przechowywany, jego poziom naładowania spadnie ze 100% do 95% po miesiącu przechowywania.

LiFePO4

W przypadku akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych, wskaźnik samorozładowania to około 3% na miesiąc. To oznacza, że po miesiącu przechowywania poziom naładowania akumulatora zmieni się ze 100% na 97%.

Werdykt: Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe mają nieco lepszą wydajność jeśli mówimy o wskaźniku samorozładowania. Ponownie, oba te typy akumulatorów mają zdecydowanie lepszą wydajność niż akumulatory kwasowo-ołowiowe, które posiadają okropne samorozładowanie w postaci około 4% tygodniowo.

Koszt na KWh

Koszt na kilowatogodzinę to ilość pieniędzy którą wydajesz na każdą KWh pojemności akumulatora. Ponieważ każdy typ akumulatora jest dostępny w różnorodnych rozmiarach magazynowania, porównywanie ich na podstawie kosztu na KWh jest lepszą opcją, by dowiedzieć się o opłacalności.

Aby obliczyć koszt na KWh, najpierw musisz policzyć ilość KWh w akumulatorze. Ta wartość nie zawsze jest podana na akumulatorze, ale może być łatwo obliczona.

KWh= (Napięcie x Amperogodziny)/1000

Zarówno napięcie, jak i amperogodziny są zawsze wymienione na akumulatorze, który kupujesz.

Litowo-jonowe

W akumulatorze litowo-jonowym kobalt jest użyty jako materiał elektrody, co prowadzi do wyższych kosztów tego akumulatora.

LiFePO4

Akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy nie zawiera kobaltu, zamiast niego zastosowane jest żelazo lub fosforan, które są o wiele tańsze.

Werdykt: Akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy jest nieco tańszy niż jego litowo-jonowy konkurent.

Waga

Waga może być kluczowym czynnikiem w przypadku aplikacji takich jak silniki elektryczne, w przypadku których waga może oddziaływać na wydajność.

Litowo-jonowe

Akumulatory litowo-jonowe zawierają związki tlenku litowo-manganowego i tlenku litowo-kobaltowego, z których obydwa są materiałami o dużej gęstości i ważą więcej.

LiFePO4

Akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy zawiera związki żelaza, które są znacząco lżejsze niż metale stosowane w akumulatorze litowo-jonowym.

Werdykt: Akumulatory litowo-żelazowe ważą mniej niż akumulatory litowo-jonowe o tej samej pojemności, a ich waga różni się średnio o 50%.

Zastosowania

Kiedy decydujesz się na dany rodzaj akumulatora, ważne jest żeby upewnić się, czy dany typ będzie odpowiedni dla wymaganego przez Ciebie zastosowania. Poniżej przedstawiamy porównanie zastosowań tych dwóch typów akumulatorów:

Litowo-jonowe

W związku z wyższą gęstością energii, akumulator litowo-jonowy lepiej pasuje do zastosowań, które mają ograniczenia co do wielkości akumulatora. Najbardziej ewidentne z tych zastosowań to urządzenia elektroniczne, takie jak papierosy elektroniczne, telefony komórkowe czy też inne małe urządzenia.

LiFePO4

Z powodu ich licznych zalet i lepszej wydajności, akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe mają rozległe zastosowanie w pojazdach elektrycznych, kamperach, bateriach solarnych i wielu innych.

Werdykt: Zastosowania obu tych akumulatorów jest dość różne, więc każdy z nich jest zwycięzcą w swojej własnej domenie. W przypadkach, gdy występuje znaczące ograniczenie co do rozmiaru, akumulatory litowo-jonowe sprawdzają się lepiej, a gdy wymagana jest wysoka wydajność, akumulatory litowo-żelazowe są lepsze.

Użytkowanie podczas zimnej pogody

Kiedy temperatura spada poniżej punktu zamarzania, zdolność funkcjonowania większości akumulatorów spada, a wiele z nich całkowicie przestaje działać. Akumulatory litowe są bardzo wrażliwe na niską temperaturę i nie działają poniżej pewnego progu temperaturowego.

Litowo-jonowe

Jeśli byłeś kiedyś w niezmiernie zimnym regionie mogłeś zaobserwować, że Twój smartfon wyłącza się w ekstremalnie niskiej temperaturze, w związku z tym, że bateria przestaje działać. Wszystkie akumulatory litowo-jonowe są podatne na zimną pogodę w takim samym stopniu

LiFePO4

Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe również przestają działać w bardzo niskich temperaturach. Jednak wysokiej jakości akumulatory LFP zawierają BMS (z ang. Battery Management System), który może podgrzać akumulator automatycznie w przypadku wystąpienia niskiej temperatury.

Werdykt: Cechy systemu BMS w akumulatorach litowo-żelazowych przechylają szalę na jego korzyść w związku z możliwością pracy akumulatora w niskich temperaturach.

Stabilność termiczna

Stabilność termiczna odnosi się do parametrów związanych z temperaturą, takich jak przegrzanie się akumulatora czy też niestabilność cieplna. Niestabilność cieplna (ang. thermal runaway) to poważny problem, który oznacza niekontrolowane przegrzanie akumulatora, co może prowadzić nawet do jego eksplozji.

Litowo-jonowe

Akumulatory litowo-jonowe cieszą się złą sławą spowodowaną ich reakcjami na temperaturę, ponieważ bardzo często ulegają przegrzaniu. Zdarzały się przypadki akumulatorów z tlenku litowo-manganowego ulegających eksplozji w laptopach. Niestabilność cieplna występuje często w tych akumulatorach.

LiFePO4

Po pierwsze, akumulatory LiFePO4 są w 100% niepalne, więc nie istnieje żadne ryzyko, że akumulator litowo-żelazowy ulegnie podpaleniu czy wybuchnie. W przypadku tych akumulatorów nie występuje żadne przegrzanie, niezależnie od tego w jaki sposób je ładujesz. Dodatkowo, nie występuje niestabilność cieplna.

Werdykt: Kiedy porównujesz stabilność termiczną akumulatorów LiFePO4 i litowo-jonowych, akumulatory litowo-żelazowe są wyraźnym zwycięzcą.

Względy środowiskowe

Firmy produkujące akumulatory i ich użytkownicy dążą do bezpiecznych dla środowiska produktów i procesów. W związku z tym, ważne jest dowiedzenie się który akumulator jest bardziej przyjazny środowisku.

Litowo-jonowe

Okazuje się, że akumulatory litowo-jonowe wydzielają dużą liczbę toksycznych związków gazowych, w szczególności w wysokich temperaturach. Te akumulatory mają krótszą żywotność, więc trzeba wymieniać je częściej, a to prowadzi do powstawania większej ilości odpadów.

LiFePO4

Akumulatory litowo-żelazowe nie mają żadnego wpływu na środowisko, ponieważ nie wydzielają żadnego rodzaju toksycznych gazów czy związków chemicznych. Dodatkowo, te akumulatory posiadają większą żywotność, co prowadzi do rzadszej zmiany akumulatora.

Werdykt: Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe są jednymi z najbardziej przyjaznych środowisku spośród akumulatorów dostępnych na rynku.

Gwarancja

Dłuższy okres gwarancyjny zapewnia lepszy zwrot z inwestycji, ponieważ jest się upewnionym, że akumulator będzie działał przynajmniej podczas trwania tego okresu.

Litowo-jonowe

W związku z tym, że całkowity okres działania akumulatora litowo-jonowego wynosi około dwa lata, możesz spodziewać się okresu gwarancji od sześciu miesięcy do roku. Na przykład, możesz zaobserwować popularny, sześciomiesięczny okres gwarancyjny w przypadku baterii smartfonów.

LiFePO4

Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe zazwyczaj posiadają okres gwarancyjny o długości 5 lat. Akumulatory LFP najwyższej jakości posiadają okres gwarancyjny wynoszący aż 6 lat!

Werdykt: Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe nie brzmią dobrze tylko na papierze, występuje długi okres gwarancyjny, który to zapewnia. Zdecydowanie przeważają one nad ich litowo-jonowymi przeciwnikami jeśli porównamy sześciomiesięczny do sześcioletniego okresu gwarancji.

LiFePO4 vs litowo-jonowy- który wybrać? 

Podczas gdy obydwa z nich są akumulatorami litowymi, istnieją pomiędzy nimi znaczące różnice w kontekście ich wydajności. LiFePO4 jest lepszym wyborem we wszystkich współczynnikach, które mają znaczenie. W przypadku tych akumulatorów zyskujesz lepszą wydajność, lepszy zwrot z zainwestowanych pieniędzy i znacząco dłuższą żywotność. Jedyny czynnik, w przypadku którego wybija się akumulator litowo-jonowy to jeśli weźmie się pod uwagę gęstość energii. To sprawia, że są one lepszym wyborem do zastosowań elektronicznych, takich jak smartfony, laptopy, papierosy elektroniczne i wiele innych urządzeń elektronicznych. Poza elektroniką, akumulatory LiFePO4 są lepiej dopasowane do każdego innego zastosowania. Niezależnie od tego, czy jest to pojazd elektryczny, panele solarne, przyczepy kempingowe, kampery czy też każde inne urządzenie wymagające akumulatora o dużej pojemności, LiFePO4 jest najlepszą inwestycją.

Czy akumulatory litowe są lepsze niż odpowiedniki niezawierające litu?

Debata na temat różnic pomiędzy akumulatorem litowo-żelazowo-fosforanowym a litowo-jonowym wyraźnie wyłania zwycięzcę w postaci tego pierwszego. Jednak jeśli porównamy którykolwiek z tych dwóch typów z akumulatorami niezawierającymi litu, akumulatory litowe wygrywają z dużą przewagą.

Akumulatory kwasowo-ołowiowe

Akumulatory kwasowo-ołowiowe zyskały ogromną popularność jako akumulatory stosowane w rozrusznikach samochodowych czy też systemach UPS. Jednakże akumulatory litowe dzień po dniu przejmują udział w rynku. Podczas gdy akumulatory kwasowo-ołowiowe są tańsze, akumulatory litowe mogą wytrzymać 10 razy dłużej. Dodatkowo, akumulatory kwasowo-ołowiowe wymagają ciągłej obsługi, takiej jak dopełnianie elektrolitu czy też konserwacja terminali. Te rzeczy nie są wymagane w przypadku akumulatorów litowych.

Akumulatory żelowe

Akumulatory żelowe zostały wynalezione jako ulepszenie akumulatorów kwasowo-ołowiowych, ze szczelną konstrukcją, która nie wymaga dopełniania elektrolitu. Jednak jeśli porównasz je do akumulatorów litowych, nadal zostają daleko w tyle. Po pierwsze, akumulatory litowe wytrzymują dłużej niż akumulatory żelowe. Dodatkowo, akumulatory żelowe wymagają specjalnych czynności, takich jak odpowietrzanie komór akumulatora, które nie są wymagane w przypadku akumulatorów litowych. Jest wiele zalet akumulatorów litowych w porównaniu do akumulatorów żelowych.

Akumulatory AGM
Akumulatory AGM są jednym z najnowszych rodzajów akumulatorów i zostały szeroko przyjęte w miejsce akumulatorów żelowych oraz akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Jednakże akumulatory litowe, zwłaszcza LiFePO4 mogą wytrzymać 6 razy dłużej i oferować większą głębokość rozładowania. Podczas gdy akumulatory kwasowo-ołowiowe mają przewagę bycia znacząco tańszymi, akumulatory AGM są dość drogie. Dlatego lepiej wybrać akumulatory LiFePO4 niż AGM, niezależnie od zastosowania.

Końcowe uwagi

Akumulatory litowe są jak do tej pory najlepszymi typami akumulatorów które można znaleźć. W klasie akumulatorów litowych ludzie często są niepewni co do różnic pomiędzy powszechnie dostępnymi rodzajami takimi jak akumulatory litowo-jonowe oraz litowo-żelazowo fosforanowe. Z pomocą wyczerpujących informacji udostępnionych tutaj, możesz bardzo łatwo zdecydować pomiędzy akumulatorem LiFePO4, a akumulatorem litowo-jonowym.

Często zadawane pytania

Czy akumulator LiFePO4 jest lepszy niż litowo-jonowy?

Tak, akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy jest znacząco lepszy niż litowo-jonowy i posiada lepszy stosunek jakości do ceny. Jednakże w małych urządzeniach elektronicznych, takich jak smartfony, akumulatory litowo-jonowe są lepszym wyborem.

Czy można ładować akumulator LiFePO4 regulatorem ładowania od akumulatora litowo-jonowego?

Tak, jest możliwe, aby ładować akumulator LiFePO4 regulatorem ładowania od akumulatora litowo-jonowego albo nawet od akumulatora AGM. Ważną rzeczą jest, aby upewnić się, że regulator ładowania ma dokładnie taki wskaźnik napięcia, jaki jest wymagany do ładowania akumulatora LiFePO4. Regulator ładowania o niższym napięciu nie naładuje akumulatora do wartości 100%.