[Kompletny przewodnik] Porównanie różnic między akumulatorami LifePo4 i akumulatorami litowo-jonowymi

Jeśli chcesz zasilać urządzenia elektroniczne, samochody elektryczne, rozwiązania energetyczne niezależne od sieci lub urządzenia medyczne, wybór odpowiedniego akumulatora ma kluczowe znaczenie. Dwa najpopularniejsze rodzaje baterii dostępne obecnie na rynku to baterie LiFePO4 i baterie litowo-jonowe. W tym artykule przyjrzymy się różnicom i zaletom dwóch typów baterii i pomożemy Ci zdecydować, który z nich najlepiej odpowiada Twoim potrzebom.

Część 1. Akumulatory LiFePO4

Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (akumulatory LiFePO4) to akumulatory litowo-jonowe, w których jako materiał katody wykorzystano fosforan żelaza zamiast kobaltu, niklu lub manganu. Charakteryzuje się wysokim bezpieczeństwem, długą żywotnością i stabilną pracą.

W porównaniu z innymi akumulatorami litowo-jonowymi LiFePO4 ma niższą gęstość energii, ale jest mniej podatny na niekontrolowane przegrzanie, czyli niebezpieczną sytuację, w której akumulator się przegrzewa i zapala. Dzięki temu akumulatory LiFePO4 idealnie nadają się do zastosowań, w których bezpieczeństwo ma priorytet, takich jak: Np. w pojazdach elektrycznych, systemach solarnych i przenośnych urządzeniach elektronicznych.

Akumulatory LiFePO4 mają napięcie znamionowe 3,2 V na ogniwo i mogąpołączone szeregowo lub równolegle aby osiągnąć wyższe napięcia lub pojemności. Można je również ładować i rozładowywać dużym prądem bez znaczącej utraty pojemności lub wydajności.

Część 2. Akumulatory litowo-jonowe

Akumulatory litowo-jonowe to akumulatory, w których głównym składnikiem elektrolitu są jony litu. Są powszechnie stosowane w przenośnych urządzeniach elektronicznych, pojazdach elektrycznych i innych zastosowaniach wymagających dużej gęstości energii, niskiego samorozładowania i długiej żywotności.

Akumulatory litowo-jonowe składają się z jednego lub większej liczby ogniw, z których każde zawiera elektrodę dodatnią (katodę), elektrodę ujemną (anodę) i elektrolit, który umożliwia ruch jonów litu pomiędzy elektrodami podczas ładowania i rozładowywania.

Jedną z głównych cech akumulatorów litowo-jonowych jest ich duża gęstość energii, co oznacza, że ​​mogą magazynować dużą ilość energii w małej objętości. Dzięki temu idealnie nadają się do urządzeń przenośnych i pojazdów elektrycznych, w których przestrzeń jest ograniczona. Dodatkowo, w porównaniu z innymi akumulatorami, charakteryzują się stosunkowo niskim współczynnikiem samorozładowania, co oznacza, że ​​mogą utrzymywać ładunek przez dłuższy czas bez znacznej utraty pojemności.

Jednak akumulatory litowo-jonowe mają też pewne wady. Są wrażliwe na wysokie temperatury i przeciążenia, co może spowodować ich szybką degradację, a nawet zapłon. Ponadto mają one ograniczoną żywotność, ponieważ liczba cykli ładowania i rozładowania różni się w zależności od takich czynników, jak temperatura, głębokość rozładowania i napięcie ładowania.

Część 3. Pełne porównanie akumulatorów LiFePO4 i Li-ion

W tej części przeprowadzimy kompleksowe porównanie akumulatorów LiFePO4 i Li-ion oraz przeanalizujemy różnice między nimi pod względem takich aspektów, jak DOD, napięcie, szybkość samorozładowania i innych.

głębokość rozładowania (DOD)

Jeśli chodzi o głębokość rozładowania (DOD), akumulatory LiFePO4 mają tendencję do lepszych wyników niż akumulatory litowo-jonowe. Akumulatory LiFePO4 można rozładować nawet do 100% bez negatywnego wpływu na ich żywotność.Z drugiej strony rozładowanie akumulatora litowo-jonowego poniżej zalecanego poziomu DOD może spowodować trwałe uszkodzenie akumulatora lub nawet uniemożliwić jego użytkowanie.

Ogólnie rzecz biorąc, zalecany DOD dla akumulatora litowo-jonowego wynosi około 80%, podczas gdy zalecany DOD dla akumulatora LiFePO4 wynosi zazwyczaj około 100%. Oznacza to, że akumulatory LiFePO4 mogą dostarczyć więcej użytecznej energii niż akumulatory litowo-jonowe, ponieważ można je całkowicie rozładować bez uszkodzenia akumulatora. Oznacza to również, że z akumulatora LiFePO4 można uzyskać więcej energii niż z akumulatora litowo-jonowego o tej samej pojemności.

Warto jednak zauważyć, że akumulator litowo-jonowy może nadal zapewniać wysoki poziom wydajności przy niższym DOD w porównaniu z akumulatorem LiFePO4. Ważne jest, aby wziąć pod uwagę konkretne wymagania danego zastosowania i odpowiednio wybrać akumulator, ponieważ zarówno akumulatory LiFePO4, jak i litowo-jonowe mają swoje własne, wyjątkowe cechy i zalety.

woltaż

Akumulatory Li-ion i LiFePO4 różnią się wartościami napięcia znamionowego. Akumulatory litowo-jonowe mają zwykle wyższy zakres napięcia znamionowego wynoszący 3,6–3,7 V na ogniwo, natomiast akumulatory LiFePO4 mają napięcie znamionowe wynoszące około 3,2 V na ogniwo, co oznacza, że ​​do osiągnięcia tego samego napięcia wyjściowego wymagana jest większa liczba ogniw.

Na przykład, standardowy akumulator litowo-jonowy 12 V wymaga tylko 3 lub 4 ogniw połączonych szeregowo, natomiast akumulator LiFePO4 12 V wymaga 4 lub 5 ogniw, aby osiągnąć ten sam poziom napięcia. Chociaż akumulatory LiFePO4 mogą być nieco większe i cięższe, mają kilka zalet, np. większe bezpieczeństwo, dłuższą żywotność i szerszy zakres temperatur pracy.

Należy pamiętać, że chociaż akumulatory LiFePO4 mają niższe napięcie znamionowe niż akumulatory litowo-jonowe, mogą dostarczać większy prąd rozładowania bez znacznego spadku napięcia. Dzięki niższemu oporowi wewnętrznemu akumulatory LiFePO4 mogą dostarczać dużą moc wyjściową przy minimalnej stracie energii.

szybkość samorozładowania

Szybkość samorozładowania to szybkość, z jaką akumulator traci ładunek z upływem czasu, nawet gdy nie jest używany. Jest to naturalny proces zachodzący we wszystkich typach baterii, na który mogą mieć wpływ różne czynniki, takie jak temperatura, wiek baterii i warunki przechowywania. Akumulator o wyższym współczynniku samorozładowania rozładowuje się szybciej i ma krótszą żywotność niż akumulator o niższym współczynniku samorozładowania.

Jeśli chodzi o współczynnik samorozładowania, akumulatory LiFePO4 mają znacznie niższy współczynnik w porównaniu do akumulatorów litowo-jonowych.

Akumulatory litowo-jonowe tracą średnio 5-10% swojego ładunku miesięcznie, podczas gdy akumulatory LiFePO4 tracą tylko 2-3% miesięcznie.

Oznacza to, że akumulatory litowo-jonowe mogą utracić do 60% swojego ładunku w ciągu roku przechowywania, podczas gdy akumulatory LiFePO4 stracą w tym samym okresie jedynie około 20–30%. Dzięki temu akumulatory LiFePO4 są znacznie lepiej przystosowane do zastosowań wymagających długotrwałego przechowywania, np. w systemach energii odnawialnej lub zastosowaniach morskich.

gęstość energii

Ogólnie rzecz biorąc, akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (akumulatory LiFePO4) mają niższą gęstość energii niż akumulatory litowo-jonowe (Li-Ion). Akumulatory LiFePO4 mają gęstość energii wynoszącą około 120–160 Wh/kg, natomiast akumulatory litowo-jonowe mogą mieć gęstość energii wynoszącą nawet 200–300 Wh/kg lub więcej.

Jednym z powodów niższej gęstości energii w akumulatorach słonecznych LiFePO4 jest większy rozmiar cząstek katody, co skutkuje mniejszą powierzchnią i mniejszą liczbą aktywnych miejsc do przechowywania jonów litu podczas ładowania i rozładowywania. Innym powodem jest niższe napięcie akumulatorów LiFePO4 (3,2 V na ogniwo) w porównaniu do akumulatorów Li-ion (3,6-3,7 V na ogniwo), co oznacza, że ​​do osiągnięcia określonego napięcia potrzeba więcej ogniw.

Waga

Ogólnie rzecz biorąc, akumulatory LiFePO4 są nieco cięższe od akumulatorów litowo-jonowych przy danej pojemności energetycznej.

Dzieje się tak, ponieważ akumulatory LiFePO4 mają niższą gęstość energii niż akumulatory litowo-jonowe, co oznacza, że ​​do magazynowania takiej samej ilości energii potrzeba więcej materiału (np. elektrod, separatora, elektrolitu itp.). Ponadto w akumulatorach LiFePO4 stosuje się zazwyczaj grubsze elektrody i separatory, co zwiększa ich całkowitą wagę.

Na przykład typowy akumulator LiFePO4 12 V 100 Ah stosowany w pojazdach elektrycznych lub systemach zasilania słonecznego może ważyć około 30–40 kg, podczas gdy podobny akumulator litowo-jonowy może ważyć około 20–30 kg. Należy jednak pamiętać, że masa to tylko jeden z czynników, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze akumulatora i że w zależności od zastosowania, inne czynniki, takie jak bezpieczeństwo, koszt, żywotność i zakres temperatur pracy, mogą mieć również znaczenie.

zakres temperatur

Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (akumulatory LiFePO4) mają szerszy zakres temperatur niż akumulatory litowo-jonowe (Li-Ion). Akumulatory LiFePO4 mogą zazwyczaj pracować w zakresie temperatur od -20 °C do 60 °C (od -4 °F do 140 °F), natomiast akumulatory litowo-jonowe zwykle działają w węższym zakresie temperatur od -20 °C do 45 °C (od -4 °F do 113 °F).

Jedną z przyczyn tej różnicy jest fakt, że akumulatory LiFePO4 mają stabilniejszą strukturę chemiczną i są mniej podatne na niestabilność termiczną, czyli niebezpieczną sytuację, w której akumulator się przegrzewa i zapala. Dzięki temu akumulatory LiFePO4 nadają się do zastosowań, w których mogą występować wysokie temperatury, np. w pojazdach elektrycznych, systemach energii odnawialnej i zastosowaniach wojskowych.

Z kolei baterie litowo-jonowe są bardziej wrażliwe na wysokie temperatury i mogą szybko ulec zniszczeniu, a nawet zapalić się, jeśli zostaną wystawione na działanie ekstremalnych temperatur lub warunków. Dlatego też baterie litowo-jonowe są zazwyczaj wyposażone w systemy zarządzania temperaturą, takie jak wentylatory chłodzące lub radiatory, które zapobiegają przegrzaniu.

Należy jednak pamiętać, że konkretny zakres temperatur akumulatora zależy również od innych czynników, takich jak konfiguracja akumulatora, opakowanie i warunki pracy. Zasadniczo akumulatory LiFePO4 i Li-ion należy eksploatować w określonych zakresach temperatur, aby zapewnić optymalną wydajność i bezpieczeństwo.

życie

Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (akumulatory LiFePO4) mają dłuższą żywotność niż akumulatory litowo-jonowe (Li-Ion). Akumulatory litowo-jonowe zazwyczaj mają żywotność około 500–1500 cykli, natomiast akumulatory LiFePO4 mogą wytrzymywać nawet 2000–5000 cykli. Dzięki ogniwom klasy A baterie Timeusb LiFePO4 mogą wytrzymać od 4000 do 15000 cykli ładowania.

Jedną z przyczyn tej różnicy jest fakt, że akumulatory LiFePO4 mają stabilniejszą strukturę chemiczną i są mniej podatne na degradację podczas cykli ładowania i rozładowywania.Akumulator LiFePO4 Materiał katody wykonany z fosforanu żelaza jest również bardziej odporny na utlenianie i korozję, co pozwala utrzymać pojemność i wydajność akumulatora przez dłuższy czas.

Z kolei baterie litowo-jonowe są bardziej wrażliwe na cykle ładowania i mogą z czasem tracić pojemność na skutek takich czynników, jak degradacja elektrod, degradacja elektrolitu i spadek rezystancji wewnętrznej. Może to prowadzić do skrócenia czasu pracy i obniżenia wydajności, zwłaszcza przy dużym obciążeniu lub ekstremalnych temperaturach.

Należy jednak pamiętać, że konkretna żywotność akumulatora zależy od wielu czynników, takich jak: B. głębokość rozładowania, napięcie ładowania, temperatura i sposób użytkowania. Zasadniczo zarówno akumulatory LiFePO4, jak i Li-ion mogą działać niezawodnie przez wiele lat, pod warunkiem że będą użytkowane zgodnie ze wskazanymi parametrami i prawidłowo konserwowane.

Bezpieczeństwo

Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (akumulatory LiFePO4) są generalnie uważane za bezpieczniejsze niż akumulatory litowo-jonowe (akumulatory Li-ion), zwłaszcza w zastosowaniach, w których bezpieczeństwo ma priorytet.

Jedną z przyczyn tej różnicy jest fakt, że akumulatory LiFePO4 mają bardziej stabilną i wytrzymałą strukturę chemiczną w porównaniu do akumulatorów litowo-jonowych. Materiał katody wykonany z fosforanu żelaza stosowany w akumulatorach LiFePO4 jest bardziej odporny na niestabilność termiczną, czyli niebezpieczną sytuację, w której akumulator się przegrzewa i zapala. Dzięki temu akumulatory LiFePO4 są mniej podatne na zapalenie się lub eksplozję, nawet w ekstremalnych warunkach, takich jak przeładowanie, zwarcia lub niewłaściwe użytkowanie mechaniczne.

W przeciwieństwie do tego baterie litowo-jonowe są bardziej podatne na Ucieczka termiczna. Niekontrolowane zmiany temperatury mogą spowodować katastrofalną awarię akumulatora, uwalniając toksyczne gazy, płomienie, a czasem nawet eksplozje.

Należy jednak pamiętać, że zarówno akumulatory LiFePO4, jak i Li-ion mogą być bezpieczne, jeśli zostaną prawidłowo zaprojektowane, wyprodukowane i eksploatowane w ramach określonych parametrów. Czynniki takie jak konstrukcja ogniwa, opakowanie, kontrola jakości i funkcje bezpieczeństwa, takie jak obwody zabezpieczające i systemy zarządzania temperaturą, mogą mieć wpływ na zapewnienie bezpiecznej i niezawodnej pracy akumulatora.

Koszt

Akumulatory litowo-jonowe są generalnie tańsze i szerzej stosowane niż akumulatory LiFePO4. Ta przewaga kosztowa wynika częściowo z wyższej gęstości energii akumulatorów litowo-jonowych, która pozwala na magazynowanie większej ilości energii na jednostkę objętości lub wagi, co czyni je bardziej opłacalnymi w przypadku niektórych zastosowań.

Z drugiej strony akumulatory LiFePO4 są zazwyczaj droższe ze względu na niższą gęstość energii i wykorzystanie droższych materiałów w ich konstrukcji. Jednak akumulatory LiFePO4 charakteryzują się dłuższą żywotnością i wyższymi standardami bezpieczeństwa niż akumulatory litowo-jonowe, co może przekładać się na niższe koszty długoterminowe i niższe ryzyko w przypadku niektórych zastosowań, takich jak pojazdy elektryczne i systemy magazynowania energii odnawialnej.

Na przykład, Akumulator LiFePO4 o pojemności 12 V i pojemności 200 Ah z głębokim cyklem ładowania 529,99 €, ma ponad 4000 cykli przy 100% DOD i może być używany przez ponad 10 lat, co oznacza mniej niż 2 € dziennie.

Część 4Porównanie zastosowań baterii LiFePO4 i Li-ion

Akumulatory LiFePO4 i akumulatory Li-ion mają różne właściwości, które sprawiają, że lepiej nadają się do określonych zastosowań. Poniżej przedstawiono porównanie zastosowań każdego typu baterii:

Akumulator LiFePO4:

Pojazdy elektryczne (EV): Akumulatory LiFePO4 charakteryzują się wysoką efektywnością energetyczną, długą żywotnością i doskonałymi funkcjami bezpieczeństwa, dzięki czemu są chętnie wybierane do pojazdów elektrycznych.

Systemy magazynowania energii słonecznej: Akumulatory litowe LiFePO4 wytrzymują wysokie temperatury i głębokie cykle ładowania, dlatego nadają się do magazynowania energii słonecznej.

Zastosowania w transporcie morskim i domach mobilnych: Akumulatory LiFePO4 są lekkie, mają długą żywotność oraz są odporne na wstrząsy i wibracje, dzięki czemu idealnie nadają się do zastosowań morskich i w pojazdach kempingowych.

Akumulator litowo-jonowy:

Elektronika użytkowa:Akumulatory litowo-jonowe charakteryzują się dużą gęstością energii, dzięki czemu idealnie nadają się do przenośnych urządzeń elektronicznych, takich jak smartfony, laptopy i tablety.

Urządzenia medyczne:Akumulatory litowo-jonowe są stosowane w urządzeniach medycznych ze względu na ich dużą gęstość energii i długą żywotność.

Narzędzia elektryczne:Akumulatory litowo-jonowe są lekkie, wydajne i można je szybko ładować, dzięki czemu idealnie nadają się do stosowania w elektronarzędziach.

Wniosek

Zarówno akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (LiFePO4), jak i akumulatory litowo-jonowe mają swoje mocne i słabe strony oraz zastosowania.

Jeśli potrzebujesz akumulatorów głębokiego rozładowania do zasilania swojego kampera, łodzi lub domu,Czasusbzawsze niezawodne baterie i doskonała obsługa.