Наряду со свинцово-кислотными, никель-кадмиевые (NiCd) были одними из первых изобретенных аккумуляторов. Свинцово-кислотные и никель-кадмиевые аккумуляторы, появившиеся в 1800-х годах, большую часть XX века соперничали между собой за звание наиболее жизнеспособного типа аккумулятора. В течение этого времени никель-кадмиевые аккумуляторы имели множество преимуществ перед свинцово-кислотными. Но с появлением технологий литий-ионных и, в последнее время, литий-железо-фосфатных (LFP/LiFePO4) аккумуляторов никель-кадмий отошел на второй план. Исключением является промышленное применений, батареи LiFePO4 являются лучшим вариантом.
Что такое никель-кадмиевый аккумулятор?
Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd/NiCad) — это перезаряжаемые батареи, которые в свое время широко использовались во многих системах хранения электроэнергии, например, в электроинструментах, портативных электронных устройствах и солнечных батареях.
У никель-кадмиевых аккумуляторов долгая история: первый был изобретен в 1899 г. и по многим параметрам превосходил свинцово-кислотные аккумуляторы, широко использовавшиеся в качестве альтернативных аккумуляторов на протяжении большей части XX века.
В последние годы использование никель-кадмиевых батарей сократилось, в первую очередь из-за того, что стали доступными аккумуляторы с таким химическим составом, как никель-металл-гидридные, литий-ионные (Li-ion), литий-железо-фосфатные (LiFePO4/LFP). У таких батарей более выгодная цена, они более широко распространены и обладают значительно лучшими характеристиками. Кроме того, утилизация кадмия - основного материала, используемого в никель-кадмиевых аккумуляторах, оказывает негативное воздействие на окружающую среду. В 2006 г. Европейский союз (ЕС) ввел запрет на производство никель-кадмиевых батарей, и теперь никель-кадмиевые батареи могут использоваться только в ограниченных областях в соответствии с жесткими правилами производства, утилизации и переработки.
Преимущества никель-кадмиевых аккумуляторов
Когда свинцово-кислотные аккумуляторы были единственной альтернативой, никель-кадмиевые батареи обладали многочисленными преимуществами. Сегодня, когда существуют более совершенные варианты химического состава аккумуляторов, никель-кадмиевые аккумуляторы имеют очень мало преимуществ по сравнению с ними. Тем не менее, они по-прежнему широко используются в специфических устройствах.
Приведем преимущества никель-кадмиевых батарей перед литий-ионными и литий-фосфатными (LiFePO4)
Бесперебойное резервное питание
Никель-кадмиевые батареи иногда предпочтительнее, когда требуется 100% надежная бесперебойная выдача электроэнергии в широком диапазоне условий окружающей среды. В качестве примера можно привести системы резервного питания в самолетах, больницах и центрах обработки данных, где требуется источник бесперебойного питания (ИБП).
LiFePO4-батареи, используемые в таких устройствах, как портативные зарядные станции EcoFlow, имеют скорость переключения менее 30 мс при отключении электроэнергии, даже это может привести к повреждению чувствительного электронного оборудования, например жестких дисков и стационарных компьютеров.
Минимальное влияние температуры на производительность
Никель-кадмиевые аккумуляторы обеспечивают высокую надежность работы в тех случаях, когда ожидаются резкие перепады температур, например, в отсеках систем самолетов или в специфических производственных процессах. Экстремальные изменения температуры - например, от -10°C до 30°C в течение нескольких часов или минут - редко происходят в естественной среде, но часто встречаются в промышленных устройствах. Кроме того, диапазон рабочих температур никель-кадмиевых аккумуляторов широк и составляет в среднем от -40°C до + 70°C.
Глубина разряда
Никель-кадмиевые батареи обладают большей глубиной разряда - depth of discharge (DoD), чем многие другие химические элементы, особенно свинцово-кислотные. Благодаря более высокому значению DoD никель-кадмиевые батареи обеспечивают постоянный электрический ток и мощность даже при почти полном разряде.
Никель-кадмиевые батареи также могут выдерживать глубокие разряды в течение длительного времени без повреждений. В отличие от них, многие свинцово-кислотные батареи получают необратимые повреждения и снижают производительность при разряде ниже 50% от максимальной емкости.
Что такое литий-железо-фосфатный LiFePO4 (LFP) аккумулятор?
Литий-железо-фосфатные (LiFePO4/LFP) батареи — это разновидность литий-ионных аккумуляторов, обладающая многочисленными преимуществами по сравнению с традиционными литий-ионными, а также никель-кадмиевыми и свинцово-кислотными батареями.
Аккумуляторы LiFePO4 были изобретены в 1996 году, но за последние годы технология значительно усовершенствовалась и получила более широкое распространение. Аккумуляторы LFP получили широкую известность после того, как в конце 2021 года компания Tesla объявила о переходе на использование LiFePO4 для всех своих серийных электромобилей.
Преимущества LiFePO4-аккумуляторов
Производители электромобилей - далеко не единственные, кто переходит на LFP-аккумуляторы. По мере совершенствования технологии и снижения цен ведущие производители солнечных панелей и автономных источников питания, такие как EcoFlow, также переходят с никель-кадмиевых и традиционных литий-ионных батарей на литий-железо-фосфатные (LFP).
Ниже приведем преимущества батарей LiFePO4 по сравнению с никель-кадмиевыми, особенно в части солнечных батарей и автономных источников питания.
Стоимость
Производство LiFePO4-аккумуляторов дешевле, чем никель-кадмиевых, как с точки зрения стоимости материалов, так и с точки зрения технологического процесса. Снижение затрат на производство позволяет предлагать более мощные солнечные батареи, портативные электростанции и домашние резервные аккумуляторы по более низкой цене, чем никель-кадмиевые.
Жизненный цикл
От того, как часто и как используете батарею (или батареи) в портативной электростанции или Power Kit, зависит, как долго она прослужит, прежде чем заметите снижение ее производительности. Именно поэтому понимание продолжительности жизненного цикла очень важно при выборе оптимального варианта батареи. Цикл — это один полный разряд и полный заряд батареи. Срок службы обычно указывается производителем как спецификация, указывающая, сколько циклов может выдержать батарея до заметного снижения производительности.
Давайте проведем сравнение, которое поможет проиллюстрировать значительное превосходство LiFePO4-батарей над NiCd-батареями в отношении срока службы.
Оригинальная портативная зарядная станция DELTA Max компании EcoFlow уступала флагманской DELTA Pro по объему емкости, возможности расширения, выходу переменного тока и входу для зарядки от солнечных батарей - так было до недавнего времени. Недавно выпущенная DELTA 2 Max уже получила награду Red Dot Design Award и представляет собой усовершенствованную модель DELTA Max практически по всем параметрам. Во-первых, в DELTA 2 Max используется батарея LiFePo4 (LFP). Продолжительность работы.
- Срок службы DELTA Max 2000: 800 циклов до 80% емкости
- Срок службы Delta 2 Max: 3000 циклов до 80+% емкости.
Обратите внимание, что снижение производительности до 80% емкости не означает, что станция не будет работать. Просто ее придется чаще подзаряжать. DELTA 2 Max прослужит более 10 лет при регулярном использовании.
Более быстрое время зарядки
LiFePO4 заряжаются гораздо быстрее, чем другие химические элементы, что делает их уникальным решением для электромобилей. Это позволяет проводить меньше времени на зарядной станции и больше времени в пути. Это также огромное преимущество для систем солнечной энергетики, где потенциал выработки электроэнергии естественным образом ограничен доступными пиковыми часами солнечного света.
DELTA 2 Max с LFP-аккумулятором емкостью 2 048 Вт·ч можно зарядить от 0 до 80% за 43 минуты при использовании солнечной энергии мощностью 1000 Вт в сочетании с переменным (бытовым) током. Или за 1,1 часа при использовании только переменного тока.
Широкий диапазон рабочих температур
Хотя LFP-аккумуляторы не могут сравниться с NiCd по работе при экстремальных температурах, они все же имеют более широкий диапазон рабочих температур, чем свинцово-кислотные или традиционные литий-ионные аккумуляторы.
Меньшее воздействие на окружающую среду
Негативное воздействие на здоровье людей и окружающую среду от неправильной утилизации никель-кадмиевых аккумуляторов, особенно содержащегося в них кадмия, уже привело к тому, что в ЕС они в большинстве случаев запрещены.
Аккумуляторы LiFeP04 считаются гораздо более экологичными. При их производстве не используются такие опасные тяжелые металлы, как свинец и кадмий, а огромные инвестиции в переработку лития позволяют не добывать его, а использовать повторно. Кроме того, исключительно долгий срок службы LFP позволяет реже заменять батареи — это хорошо и для потребителей, и для окружающей среды.
В чем разница между никель-кадмиевыми и LFP-аккумуляторами?
Плотность и емкость энергии
Аккумуляторы LiFePO4 имеют большую энергоемкость по объему, чем никель-кадмиевые аккумуляторы, что позволяет хранить то же количество электроэнергии на меньшей площади. Кроме того, современные LFP-аккумуляторы имеют примерно вдвое большую плотность энергии, чем никель-кадмиевые, а значит, они не только меньше никель-кадмиевых аккумуляторов той же емкости, но и легче.
Безопасность и термостабильность
Аккумуляторы LiFePO4 более безопасны, чем традиционные литий-ионные аккумуляторы и никель-кадмиевые. Никель-кадмиевые батареи более склонны к перегреву, что приводит к снижению производительности и даже к пожароопасности.
Литий-ионные батареи подвержены тепловому воздействию, что может привести к резкому повышению внутренней температуры батареи. Известны случаи, когда перегрев приводил к пожарам и даже взрывам.
LFP-аккумуляторы, напротив, обладают большей термостабильностью, что делает их значительно более безопасными.
Эффект памяти
Одним из наиболее существенных недостатков никель-кадмиевых аккумуляторов является так называемый эффект памяти. Если никель-кадмиевый аккумулятор разряжен лишь частично, то он "запоминает" уровень, до которого он был разряжен, как максимальную емкость, что значительно сокращает срок его службы. Существуют способы обратить эффект памяти - например, полностью разрядить и зарядить батарею, а также другие методы восстановления. Однако это может привести к значительной потере времени и сил.
LiFePO4-аккумуляторы не подвержены эффекту памяти.
Жизненный цикл и срок службы
Как уже говорилось, срок службы LiFePO4 значительно выше, чем у NiCd, - часто на 200-300%. Большее количество циклов означает более длительный срок службы и более высокую рентабельность инвестиций. Замена LFP-батарей производится гораздо реже, чем замена никель-кадмиевых.
Цена
LiFePO4-аккумуляторы менее дороги в производстве с точки зрения стоимости материалов и простоты изготовления. Наряду со многими другими преимуществами, снижение стоимости является одной из важных причин, по которой многие производители электромобилей в последние годы перешли на использование LFP-аккумуляторов. Однако в зависимости от области применения более дешевая батарея не всегда означает существенно более низкую цену. Например, в солнечных генераторах для оптимального функционирования моделей, работающих на LiFePO4, помимо батареи требуются дополнительные/более сложные компоненты.
Часто задаваемые вопросы
Что лучше - никель-кадмиевые или LFP-аккумуляторы?
Для подавляющего большинства применений - от автофургонов до электроинструментов и автономных источников питания - батареи LFP значительно превосходят никель-кадмиевые батареи по многим параметрам. LiFePO4 превосходит NiCd по цене, сроку службы, скорости зарядки, портативности и многим другим параметрам. Без всяких сомнений LFP-батареи превосходят никель-кадмиевые, если только не нужна никель-кадмиевая батарея для запуска двигателя коммерческого самолета
Заключение
Когда существовало только две технологии для потребительских аккумуляторов - свинцово-кислотная и никель-кадмиевая, никель-кадмиевые аккумуляторы имели ряд существенных преимуществ. Но теперь это в прошлом. За исключением тех случаев, когда необходимо использовать источник бесперебойного питания (ИБП), и в промышленных решениях, никель-кадмиевые аккумуляторы практически по всем параметрам уступают литий-железо-фосфатным (LiFePO4).
В компании EcoFlow химический состав LiFePO4 лежит в основе решений по автономному питанию, таких как комплекты питания и генераторы для дома. Используйте чистую, возобновляемую энергию с помощью продукции EcoFlow уже сегодня.
Приобрести зарядные станции EcoFlow можно у официального дистрибьютора в Казахстане – АЛСИ-АЗИЯ-СИСТЕМ, по телефону: +7 727 390 70 14, e-mail sales@ecopower.com.kz
