Baterías de litio LPF VS Baterías de litio NMC
El fosfato de litio y hierro (LFP) y el níquel manganeso cobalto (NMC) son miembros de la familia de baterías de iones de litio. El litio es un metal liviano que se usa para fabricar pequeñas baterías de gran capacidad.
El litio es un metal alcalino blando, blanco. En su forma pura, el litio es inflamable y reactivo. En la naturaleza, se encuentra dentro de minerales como el cuarzo, el agua del océano y la mica. El litio tiene muchos usos. Los fabricantes lo usan para crear cerámicas ignífugas, y los médicos lo usan como medicamento para estabilizar a los pacientes con enfermedades mentales. Y, también se utiliza para hacer algunas de las baterías de mejor rendimiento.
Hay muchos tipos diferentes de baterías de iones de litio, pero todas siguen una estructura similar. La principal diferencia entre todos ellos es qué metales se utilizan para hacer el lado del cátodo de la batería. Esto afecta el costo, la vida y el rendimiento en gran medida. Algunos de los metales utilizados en el cátodo, como el cobalto, cuestan incluso más que el litio en bruto, y es por esto que es posible que vea variaciones tan grandes en los precios de las baterías. A continuación, analizaremos la diferencia entre dos de las baterías de litio más nuevas y populares.
¿Qué son exactamente las baterías y las baterías de iones de litio?
Las baterías están hechas de cuatro partes principales:
Ánodo (electrodo)
Cátodo (electrodo)
Electrolito y / o Separador (sales de litio / metales)
El separador, como habrás adivinado, separa el ánodo negativo del cátodo positivo. Este separador es donde también se encuentra el electrolito, pasando las cargas de iones de un lado de la batería al otro.
Cuando una batería se está cargando, los iones de litio viajan desde el cátodo positivo al ánodo negativo. Durante la descarga, los iones fluyen desde el ánodo al cátodo. El electrolito es un medio que ayuda a que los iones fluyan libremente de un electrodo (cátodo) al otro, mientras que el separador impide que los electrones viajen libremente a través del dispositivo.
Como se mencionó anteriormente, lo que realmente hace que estas baterías sean diferentes y todas las baterías, en realidad, es el tipo de metales que se usan para fabricar el cátodo. En las baterías de litio, el cátodo puede estar hecho de cantidades variables de metales como el níquel, el carbono y el manganeso. Las diferentes cantidades de metales utilizados cambiarán drásticamente el rendimiento de cada batería.
Energía específica vs. potencia específica
La energía específica es la cantidad de energía que la batería puede contener en relación con su tamaño / peso. En baterías, esto se mide en w / kg, (vatios por kilogramo). Es importante tener esto en cuenta porque nos dice qué tan grande y cuánta es su batería, además de la cantidad total de energía que puede contener. Al igual que muchas cosas en la vida, cuanto más pequeñas y ligeras, mejor.
Las personas a menudo usan una botella de agua para explicar esto. Piensa en una botella grande de agua. La cantidad de agua que puede contener la botella sería la energía específica. Si pudiera aplastar más agua en una botella más pequeña, tendría una energía específica más alta.
La potencia específica es la cantidad de energía que una batería puede liberar en un momento dado o por un período de tiempo. Nuevamente, piense en esa gran botella de agua que contiene toda esa agua o poder. Si vierte esa botella, la cantidad de agua / energía que puede fluir fuera de la boca pequeña de la botella de agua sería limitada. Puede tomar algún tiempo para verter completamente el agua. Las baterías son iguales, solo liberan una cantidad determinada de energía a la vez o durante un período de tiempo.
El mismo principio funciona para cargar baterías, y generalmente, aquellos con una potencia específica más alta pueden cargar más rápido, de la misma manera que puede llenar una botella de agua con un agujero más grande más rápido.
Los científicos y los fabricantes han manipulado diversos materiales para producir células de alta energía específica / alta potencia específica. Pero existen variaciones de energía entre los diferentes tipos de baterías de iones de litio.
Vamos a discutir las diferencias entre las baterías LFP y NMC:
Fosfato de litio y hierro (LFP)
El fosfato de litio y hierro es una gama de baterías de iones de litio que utilizan fosfato como material de cátodo. Las baterías de fosfato de litio y hierro poseen algunas cualidades atractivas. Tienen una larga vida útil del ciclo, lo cual es ideal para dispositivos que necesitan ser alimentados por muchos años, específicamente 10 años y más.
En los últimos años, han surgido varias compañías de respaldo de baterías solares que venden baterías LFP. Son una opción sólida, pero también tienen limitaciones.
Estas baterías también pueden soportar el uso de alto voltaje durante un período prolongado de tiempo. Soportar la alta tensión va de la mano con la estabilidad térmica. Las baterías con baja estabilidad térmica son propensas a la escasez eléctrica que conduce a explosiones e incendios.
Óxido de cobalto y manganeso (NMC) de litio y níquel
Las baterías de óxido de cobalto y litio, níquel y manganeso tienen un cátodo multicapa hecho de níquel, cobalto y manganeso. Los científicos se dieron cuenta de que cada uno de estos metales tiene cualidades favorables, pero sus defectos dejan mucho que desear.
Cuando se combinan, estos tres metales producen un cátodo con gran energía y potencia específicas. La vida útil de las baterías de óxido de cobalto y litio, níquel y manganeso también es muy larga, aunque no tanto como las LPF.
La estabilidad térmica de las baterías de óxido de cobalto y litio-níquel-manganeso es moderada.
¿Cuál es mejor?
Ambos tipos de baterías de iones de litio tienen sus pros y sus contras. La competencia por «mejor batería» realmente depende de la aplicación con la que necesite usar la batería. Las baterías de fosfato de litio y hierro se utilizan con dispositivos portátiles y estacionarios. Se pueden colocar en cualquier cosa, como un teléfono móvil o una aplicación de batería de respaldo.
Las baterías de óxido de cobalto y litio, níquel y manganeso han demostrado ser capaces de manejar grandes tareas también aunque bajo nuestro punto de vista a un nivel inferior que el LPF.
Comparativa baterías de litio VS baterias de plomo.
Precio por kWh
1. El primer criterio clave es el precio inicial por kWh, ya que el costo inicial y el tiempo de recuperación son uno de los aspectos más importantes para muchos consumidores. Debido a que algunas baterías químicas tienen tasas más altas de degradación y menor eficiencia, el costo real a lo largo del tiempo (recuperación) puede ser mayor. Esta diferencia se destaca en la conclusión.
Profundidad de descarga y ciclo de vida.
2 – 3. El segundo y tercer criterio realmente van de la mano ya que la vida útil de la batería es casi siempre directamente proporcional a la profundidad de descarga (DOD). Esto significa que cuanto más se descargue una batería, más corta será la duración de la batería. La energía disponible o el DOD en un ciclo diario (cargado y descargado todos los días) generalmente es especificado por el fabricante y la vida del ciclo en años se basa en este valor del DOD. Sin embargo, el final de la vida útil (EOL) de una batería no siempre es claro, ya que una batería no deja de funcionar repentinamente después de un cierto número de ciclos. Casi todas las tecnologías de baterías nuevas y antiguas pierden capacidad con el tiempo y el estándar de la industria para el ácido de plomo es determinar el EOL una vez que la capacidad de la batería se haya reducido al 80%. Sin embargo, los fabricantes de litio más recientes, como BYD y Tesla, están garantizando que sus baterías bajen los valores de EOL de 60 o 70%. Recuerde que la batería aún se puede usar después de esto, simplemente no contiene tanta energía.
Para complicar esto aún más en las condiciones del mundo real, hay muchas variables que incluyen la temperatura, la velocidad de descarga y la carga incompleta (estado parcial de carga), por lo que el rendimiento y la vida útil de un sistema de batería pueden verse significativamente alterados.
Como guía general, las baterías a base de litio de calidad están diseñadas para descargarse hasta un 90% de su capacidad total, mientras que las baterías tradicionales de plomo-ácido (gel y AGM) generalmente no se descargan a menos del 50%, a menos que se encuentren en una situación de emergencia. Para aquellos en la industria, este es un supuesto relativamente estándar. Consulte nuestro artículo sobre la batería para obtener información más específica.
Salida de potencia de la batería
4. A continuación tenemos la salida de potencia continua y pico. Esto puede ser muy importante dependiendo del tipo de inversor que esté utilizando y la aplicación, por ejemplo, las instalaciones fuera de la red generalmente requerirán una salida de potencia pico más alta ya que no tiene la red disponible para ayudar en la carga alta (consumo de energía alto).
Eficiencia de ida y vuelta
5. Lo siguiente es la eficiencia de ida y vuelta, esta es la eficiencia de carga y descarga o las pérdidas durante el uso del ciclo. Desafortunadamente, debido a las leyes de la física, la transferencia de energía de una forma a otra (en el caso de las baterías de energía eléctrica a química) siempre resultará en algunas pérdidas. En general, las pérdidas de carga / descarga de una batería con base de plomo-ácido están cerca del 20%, mientras que la mayoría de las baterías nuevas con base de litio pueden ser tan bajas como el 2%, pero generalmente en el rango de 5-8%.
Talla y peso
6. Puede que te sorprenda, pero he puesto el peso o la densidad de energía al final. Esto es simplemente porque lo considero bastante irrelevante en una situación estacionaria, sin embargo, si esta comparación fuera para vehículos eléctricos, probablemente estaría en la parte superior de la lista.
Sostenibilidad – Impacto ambiental.
7. Por supuesto, hay otros factores importantes que deben considerarse, como la reciclabilidad, la tolerancia a la temperatura y la seguridad. La sostenibilidad es cada vez más importante a medida que se instalan más y más sistemas de baterías. Además, la reciclabilidad se convertirá con el tiempo en un problema importante.