QUAL A MELHOR CÉLULA LIFEPO4(LFP) OU LÍTIO-ÍON (NMC)?
A escolha do tipo de célula é um fator importante a considerar em muitas aplicações, desde veículos elétricos, sistemas de armazenamento de energia, equipamentos médicos, ferramentas elétricas entre muitos outros.
Diferentes tipos de química de bateria de lítio-íon estão disponíveis, cada uma com suas próprias vantagens e desvantagens. Duas das químicas mais comuns e utilizadas atualmente são as baterias de óxido de lítio níquel manganês cobalto (Li-NMC) e a de lítio fosfato de ferro (LiFePO4).
Superficialmente, podem parecer que são iguais porque ambas levam o lítio no seu nome. Existem, no entanto, algumas diferenças importantes entre essas duas químicas de bateria que são fundamentais conhecer, antes de escolher a melhor para um determinado projeto.
O que podemos afirmar é que tanto uma, quanto a outra, terão um desempenho significativamente melhor do que as conhecidas baterias de chumbo-ácido, mas a questão permanece: qual destas duas baterias de lítio-íon é a melhor? Lifepo4 ou Li-NMC?
Neste artigo, exploraremos as diferenças entre as células de Li-NMC e LIFEpo4 e como elas afetam o desempenho e a eficiência em várias aplicações. Desta maneira, ao finalizar a leitura deste artigo, o leitor estará capacitado a compreender as particularidades específicas das células de NMC e LIFEpo4, tornando-se apto a realizar a escolha mais adequada para uma determinada aplicação.
Qual é a diferença entre baterias de lítio NMC e LFP?
As baterias de Li-NMC e LIFEpo4 são um subconjunto de baterias de lítio-íon. Entretanto, existem algumas diferenças importantes, em como elas funcionam.
Diferença entre os cátodos das duas baterias
As baterias NMC, também conhecidas como baterias Li-NMC ou LMNC, utilizam na sua composição um cátodo feito de LiNiMnCoO2 (óxido de lítio, níquel, manganês e cobalto). As propriedades do material do cátodo são o que diferencia esse tipo de bateria das baterias de LFP. Em contrapartida, as baterias de LFP usam fosfato ferroso de lítio como material do cátodo.
O que as baterias Li-NMC e as baterias LFP têm em comum?
Para começar, ambas são baterias de lítio-íon. Na maioria das vezes, as duas tecnologias de bateria são mencionadas incorretamente. Por exemplo, é comum em uma conversa alguém dizer 'Você está usando LFP ou lítio-íon?' Esta pergunta comum, no entanto, é baseada em um mal-entendido. As baterias NMC e as químicas das baterias LFP são subconjuntos de baterias de lítio-íon. Em ambas as baterias, a eletricidade é gerada usando o fluxo de íons de lítio.
Uma outra similaridade entre as duas é que o ânodo para ambos os tipos de baterias é à base de carbono (grafite), e excluindo as células prismáticas elas são construídas da mesma maneira.
Como as baterias LiFePO4 e as baterias de lítio NMC se comparam em relação ao desempenho?
Para entender a diferença de desempenho entre as baterias LiFePO4 e NMC, é útil ter uma visão geral das características das baterias em geral.
Energia específica Wh/Kg
A energia específica de uma bateria é quanta energia uma bateria pode armazenar por unidade de massa. Uma energia específica mais alta é ideal, porque isso significa que você pode fazer uma bateria menor que armazena muita energia.
Aqui está a fórmula para a energia específica:
Energia específica = Watt Horas da Bateria ÷ Peso da Bateria
Portanto, se você tiver uma bateria de 1kWh que pesa 10 libras, sua bateria terá uma energia específica de 100Wh por libra.
A forma padrão para energia específica é expressa em watt-hora por quilograma. Com as baterias NMC, você sempre obterá uma energia específica mais alta em comparação com as LFP. A energia específica média para baterias NMC estão em torno de 150 a 200 Wh/Kg. As baterias LFP, por outro lado, têm uma energia específica ligeiramente menor. Para esses tipos de baterias, você pode esperar uma energia específica entre 100 e 150 Wh/Kg.
Ciclo de vida e vida útil geral
O ciclo de vida de uma bateria é o número de ciclos completos de carga e descarga que ela pode suportar antes que a bateria comece a perder capacidade. Um ciclo de vida mais longo sempre resultará em uma vida útil mais longa da bateria.
Ter um ciclo de vida curto pode acabar custando mais dinheiro a longo prazo, pois pode ser necessário substituir a bateria com mais frequência. Portanto, levar em consideração o ciclo de vida é uma etapa importante para saber qual tipo de bateria é ideal para o seu projeto.
As baterias NMC têm uma vida útil média de cerca de 800 a 2.000 ciclos. Isso significa que, na maioria das aplicações, esse tipo de bateria pode fornecer toda a sua energia por cerca de 3 a 5 anos. Depois desse ponto, a degradação começará a acontecer rapidamente. Em contraste, as baterias LFP costumam durar mais de 2000 ciclos antes de começarem a se degradar. Isso significa que esse tipo de bateria pode fornecer desempenho sustentado por 6 a 10 anos. Depois desse ponto, a degradação começa, mas acontece lentamente.
Profundidade De Descarga
A profundidade de descarga é a porcentagem máxima em que uma bateria pode ser descarregada sem causar danos a ela.
Portanto, se uma bateria tiver uma profundidade de descarga de 60%, sua integridade começará a se degradar se o nível de carga cair abaixo de 40%. Isso significa que, se uma bateria tiver uma profundidade de descarga maior, ela terá uma faixa operacional mais alta em comparação com uma bateria com profundidade de descarga menor.
A boa notícia é que as baterias NMC e LFP têm uma alta profundidade de descarga em torno de 80% a 90%. Este valor é muito maior em comparação com as baterias de chumbo-ácido, que têm uma profundidade de descarga de 50%. Além da profundidade de descarga ser melhor em LFP e NMC, você pode usar o LFP como um substituto para baterias de chumbo-ácido.
Kwh por dólar
O custo por kWh tem um grande impacto na decisão de compra de uma bateria.
Embora seja verdade que as baterias NMC usam níquel, manganês e cobalto, que são produtos químicos relativamente raros, as economias de escala aumentaram com força total, tornando-as mais baratas do que as baterias LFP. Portanto, por esse motivo, as baterias NMC costumam ter um custo menor do que um equivalente LFP.
Segurança
A segurança é obviamente um fator importante a considerar. As baterias de lítio-íon operam em altos níveis de corrente e podem atingir altas temperaturas, portanto, considerar isso é sempre um passo importante.
As baterias NMC têm química estável, mas existem alguns modos de falha que podem resultar na liberação de gás oxigênio. Se este gás não for ventilado adequadamente, pode levar a uma explosão. Se esse gás for ventilado adequadamente, ainda é extremamente perigoso, pois resulta em um jato de fogo saindo da bateria.
As baterias LFP têm uma química muito mais estável e têm muito mais facilidade em lidar com temperaturas mais altas muito bem. As baterias LFP ainda podem superaquecer, mas é muito menos provável em comparação com uma bateria NMC.
Isso significa que as baterias LFP são mais seguras do que as baterias NMC. Com isso dito, as baterias NMC não são de forma alguma instáveis ??ou inseguras, desde que sejam projetadas, construídas, instaladas e usadas corretamente.
Auto descarga
A auto descarga é um fenômeno que ocorre quando a química interna de uma bateria faz com que ela perca energia, mesmo quando a bateria não está conectada a nenhuma carga. A taxa de auto descarga de uma determinada bateria é expressa como uma porcentagem da capacidade total da bateria que é descarregada sozinha.
As baterias de lítio-íon armazenadas adequadamente têm uma taxa de auto descarga da ordem de 2 a 3 por cento ao mês. Isso significa que, independentemente de ser uma bateria NMC ou LFP, você pode carregar totalmente uma bateria e deixá-la em uma prateleira por vários meses e ela ainda terá a maior parte de sua carga. No entanto, não é bom deixar uma bateria de lítio-íon inativa com carga total.
Aplicações
As baterias de íon-lítio NMC (níquel-manganês-cobalto) e as baterias de íon-lítio ferro-fosfato (LiFePO4) têm diferentes aplicações devido às suas características e desempenho.
As baterias de íon-lítio NMC são frequentemente usadas em dispositivos eletrônicos portáteis, como smartphones, laptops e tablets, devido à sua alta densidade de energia e capacidade de carga rápida. Elas também são usadas em veículos elétricos, como carros e ônibus, devido à sua alta energia específica e potência, que permite que os veículos percorram longas distâncias e acelerem rapidamente.
Já as baterias de lítio ferro-fosfato são frequentemente usadas em sistemas de armazenamento de energia residencial e comercial, bem como em veículos elétricos de menor porte, como bicicletas elétricas e scooters. Isso ocorre porque as baterias LiFePO4 são mais seguras e mais estáveis em termos de temperatura e tensão, o que reduz o risco de incêndios ou explosões. Além disso, elas possuem uma vida útil mais longa do que as baterias NMC e são menos propensas a sofrer degradação química ou térmica.
Qual das duas é a melhor?
Não é possível determinar qual das duas baterias, NMC ou LiFePO4, é a melhor em todos os casos, pois cada uma tem suas vantagens e desvantagens em diferentes aplicações.
As baterias NMC têm uma alta energia específica e potência, o que as torna ideais para aplicações que exigem alta capacidade de armazenamento e desempenho de alta potência.
Por outro lado, as baterias de LiFePO4 são mais seguras e estáveis em termos de temperatura e tensão, o que as torna ideais para aplicações que exigem segurança, estabilidade e longa vida útil, como em sistemas de armazenamento de energia residencial e comercial.
Portanto, a escolha entre as baterias NMC e LiFePO4 depende das necessidades específicas da aplicação. É importante avaliar as necessidades de energia, segurança, estabilidade, vida útil e desempenho antes de escolher qual bateria é a melhor opção para um determinado caso.
Conclusão
A escolha da bateria adequada é crucial em muitas aplicações, como por exemplo em dispositivos eletrônicos portáteis, veículos elétricos, sistemas de armazenamento de energia, entre outros. Neste artigo foi possível compreender as características de duas excelentes baterias de lítio-íon atualmente no mercado, a NMC e a LiFePO4. Vimos que ambas as baterias são muito utilizadas e possuem excelentes qualidades, e a escolha entre elas dependerá pura e unicamente da aplicação.