Acumulatorul Litiu-ion vs. VRLA

Acumulatorul Litiu-ion vs. VRLA

Acumulatoarele VRLA sunt pe piata mondiala de peste o suta de ani si vor fi o optiune sustenabila si in viitorul apropiat, insa piata de acumulatoare se dezvolta rapid. Desi acumulatoarele plumb-acid sunt inca pe primul loc cand este vorba de sisteme de stocare a energiei in domeniul UPS, Telecom, centre de date etc, acumulatoarele cu litiu-ion devin o optiune din ce in ce mai viabila pentru asemenea aplicatii.

Acumulatoarele litiu-ion sunt folosite de peste 20 de ani in diferite echipamente, insa numai acum au evoluat la stadiul in care le putem considera o alternativa potrivita si din punct de vedere financiar, avand numeroase beneficii fata de acumulatoarele plumb-acid. Daca trebuie sa descriem pe scurt, acumulatoarele litiu-ion sunt inca mai scumpe decat cele VRLA, insa suporta un interval de temperatura mai mare, avand  o densitate de energie mai mare la o greutate si dimensiune (la modul de baterii) semnificativ mai mica si o durata de viata mai mare.

Diferentele dintre acumulatoarele VRLA si Litiu-ion constau in constructia chimica. Ambele tipuri sunt formate din doi electrozi: unul pozitiv (catod) si unul negativ (anod). Acumulatoarele litiu-ion folosesc un oxid metalic pentru catod si un material bazat pe carbon pentru anod; electrolitul este un solvent organic sau sare de litiu. La acumulatoarele VRLA catodul este format din dioxid de plumb, anodul din plumb, iar electrolitul e compus din acid sulfuric.

Exista mai multe tipuri de acumulatoare Li-ion pe piata (Cobalt Oxid, Mangan Oxid, Nichel Mangan Cobalt Oxid etc.), insa in domeniul discutat se foloseste cel mai des varianta: LiFePO4 ( Litiu Fier Fosfat), fiind cea mai sigura tehnologie de litiu.

Care sunt beneficiile acumulatoarelor Li-ion fata de VRLA?

Sa vedem prima data o comparatie intre doua acumulatoare de la acelasi producator  (Leoch Battery) cu acelasi Ah (100Ah):

Concluzii:

1. Densitate energetica superioara – capacitate mai mare la greutate mai mica, putand oferi energie electrica similara la mai putin de jumatate din Acumulatoarele de 12V/12.8V au aceleasi dimensiuni, insa daca vorbin de module de baterii prefabricate, atunci modulele Li-ion sunt cu aprox 50% mai mici decat cele cu VRLA.
2. Timp autonomie mai mare la aceasi capacitate – conform testarilor proprii: la 110A sarcina LiFePO4 48V100Ah – 48 minute; 4 buc 12V100Ah – 30 minute
3. Ofera o performanţa uniforma, indiferent daca bateria este încarcata complet sau daca este la capacitatea de peste 20%. În cazul bateriei cu acid, cu cât este mai mica capacitatea ramasa a acesteia, cu atât devine mai puţin eficienta.
4. Eficienta mai mare – la VRLA cu cat este mai mica perioada de descarcare, cu atat ofera mai putina capacitate, pe cealalta parte Li-ion ofera peste 90% capacitate chiar la 1 ora descarcare.
5. Semnificativ mai multe cicluri de incarcare si descarcare. Ciclul de viata al ambelor modele poate fi crescut prin limitarea adancimii de descarcare (DoD), ratei de descarcare, al temperaturii, insa acumulatoarele VRLA sunt mult mai sensibile la acesti factori. Comparatie intre cele doua modele (primul grafic la 25℃, al doilea 35℃):

Sursa: Michael Mobbs Sustainable Projects: Lead acid vs lithium-ion battery comparison

6. Timp de incarcare redus , factor important in cazul unor pene de curent multiple
7. Durata reala de viata al acumulatoarelor (service life) la VRLA este deobicei 3- 6  ani in conditii bune de functionare, pe cand acumulatoarele Li-ion au durata de viata de 10-12 ani
8. Gama larga de temperatura, adica performanta chiar si in conditii extreme
9. Mentenanta redusa – acumulatoarele cu litiu-ion sunt acumulatoare fara mentenanta, ca si cele VRLA, insa este totusi recomandat mentenanta preventiva. Mentenanta preventiva la cele doua modele difera: la cele VRLA este nevoie de deplasare on-site pentru masurarea rezistentei interne, a capacitatii, a temperaturii etc, in schimb la cele Li-ion, aceasta deplasare nu este necesara, avand BMS integrat, prin care se poate monitoriza continuu starea acumulatoarelor. Acumulatoarele Li-ion, avand durata de viata de 2- 3 ori mai mare si BMS-ul integrat, nu necesita schimburi de acumulatoare ca in cazul celor cu plumb-acid in cazul UPS-urilor. Explicatia este ca durata de viata proiectata in cazul UPS-urilor trifazice este de aproximativ 10 ani, asadar acumulatoarele Li-ion au aproximativ aceeasi uzura ca si UPS-urile mentionate.
10. BMS integrat (Battery management system – Sistem de management acumulatoare): un sistem de monitorizare al starii acumulatorului (voltaj, temperatura, tensiune), ce administreaza procesul de incarcare si descarcare, ia actiune imediat ce anumite valori (critice) sunt depasite, trimite alarme si protejeaza acumulatoarele in caz de esec, optimizeaza functionarea celulei si al modulului pentru a garanta siguranta, fiabilitate si stabilitate.

Putem mentiona un aspect negativ cand vine vorba de Li-ion: pret aproximativ 2-3 x mai mult, insa odata cu dezvoltarea tehnologiei pretul lor este in scadere, devenind astfel o optiune realista pentru centre de date, UPS-uri si Telecom. In urmatorul articol vom discuta despre TCO (total cost of ownership) pentru ambele modele, ce demonstreaza ca, desi investitia initiala este mai mare, pe un termen de 10 ani TCO pentru Li-ion este mai mic decat la VRLA.

Ambele modele au pro si contra in ceea ce priveste impactul lor asupra mediului inconjurator. Desi VRLA contin mai multe materii prime decat Li-ion si au materii mult mai daunatoare, acestea au deja un process de reciclare ce reprezinta un risc redus in prelucrare. Industria de prelucrare Li-ion este inca la inceput, deocamdata neavand un proces bine determinat, insa este in dezvoltare.

Stati ca: in 2019 trei cercetatori, John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham si Akira Yoshino au primit Premiul Nobel pentru Chimie. fiind premiati pentru ca cercetarile lor au dus la crearea bateriilor litiu-ion?