Novi »Lifepo4« akumulatorji

Vedel sem, da se bo zgodilo in se je. Ob vseh raziskovanjih in iskanjih nadomestnih akumulatorjev po dolgih letih prihaja nekaj novega, ki bo v marsičem spremenilo oziroma pomagalo spremeniti naše obnašanje. Seveda novi akumulatorji niso prišli sami po sebi, ampak so plod čedalje večje potrebe prehoda na električne pogone, predvsem vozil na cestah, pozneje pa tudi na vodi in zraku. Prepričan sem, da ti akumulatorji niso zadnji krik mode in se bodo še naprej razvijali, toda preskok, ki so ga naredili v primerjavi s svinčenimi, je revolucionaren.

Za kaj torej gre?

Govorim o novih LiFePO4 akumulatorjih oziroma skrajšano LFP. Kakšni so, kako so sestavljeni in kakšne so njihove lastnosti, o tem pa v nadaljevanju.

Osnovne kemične sestavine, materiali so: litij, železo in fosfor v obliki oksida. Podobno, kakor svinčeni akumulatorji, so tudi litijevi akumulatorji narejeni v različnih tehnologijah. Najbolj znana je tehnologija Li-ion, ki se uporablja v zabavni elektroniki, predvsem v mobilni telefoniji. Ta tehnologija se je dobro pokazala za aplikacije, kjer so potrebne le manjše zmogljivosti, medtem ko je uporaba Li-ion akumulatorjev za večje zmogljivosti preveč rizična, predvsem pa pregrešno draga. Problem Li-ion akumulatorjev večjih zmogljivosti se pojavlja, ker posamezne Li-ion celice v večjih akumulatorjih postanejo sčasoma med seboj neusklajene (niso enako električno napolnjene), kar lahko pripelje celo do eksplozije. Znanih je več primerov, tudi pri nas in to v dokaj zahtevnih in specializiranih laboratorijih. Zaradi tega je šel razvoj naprej in postopoma je prišlo do odkritja LiFePO4 akumulatorjev, ki so v nasprotju z Li-ion akumulatorji izredno stabilni in varni. Tehnologija LiFePO4 akumulatorjev temelji na osnovni Li-ion kemijski tehnologiji, kjer pa je kot katodni material uporabljen litij-železov sulfat namesto litij-kobalt dioksida (LiCoO2) ali litij-magnezij oksida (LiMn2O4).

Kakšne pa so prednosti novih LiFePO4 (LFP) akumulatorjev, predvsem v primerjavi s klasičnimi svinčenimi in tudi drugimi na bazi Li-ion tehnologije?

LFP akumulatorji imajo sposobnost večjih praznilnih tokov

Gre za tehnološko prednost, ki ima mnogotere posledice. Medtem ko pri klasičnih akumulatorjih razpoložljiva zmogljivost eksponentno pada v odvisnosti od moči praznilnega toka, pa razpoložljiva zmogljivost LFP akumulatorjev pri visokih praznitvah najprej pade za okoli 10 %, nato pa ostane linearna. To praktično pomeni, da lahko sedaj za istega uporabnika (zagon motorja) lahko uporabimo LFP akumulator nižje nazivne moči, kar poleg nasploh nižje teže pomeni tudi dodatno nižjo težo zaradi manjše zmogljivosti (velikosti) akumulatorja. Izdelovalci akumulatorjev so preizkušali in ugotovili, da so lahko svinčen akumulator z zmogljivostjo 50 Ah brez posledic zamenjali z 20 Ah akumulatorjem tehnologije LFP in naprava je delovala brezhibno.

Energijska vsebnost

LFP akumulatorji imajo kar za 2,5-krat večjo energetsko vsebnost (Wh/kg) v primerjavi s svinčenimi, kar pomeni, da lahko na isti volumen vsrkajo (uskladiščijo) 2,5-krat večjo količino električne energije, zaradi česar je posledica manjša velikost in nižja teža za enako količino energije. Prednost je tudi v izkoristku prejete energije. Medtem ko klasični svinčeni akumulatorji izkoristijo (shranijo) le okoli 65 % energije (preostali del se porabi za kemične procese in toploto), pa je izkoristek LFP akumulatorjev kar 95-odstoten.

Število ciklov

Svinčeni akumulatorji, ki niso namenjeni zagonu motorjev – gre za akumulatorje, ki so izdelani za večje število praznjenj in so namenjeni za različne porabnike (na primer viličarji, solarni sistemi in podobno) – imajo poprečno okoli 300 ciklov, najboljši pa do 800. LFP akumulatorji pa imajo do 5.000 ciklov pri DoD=70 % (»Depth of Discharge«) in do 3.000 ciklov pri DoD=80 %,kar pomeni, da je treba tudi pri teh akumulatorjih paziti, da ne pride do globokega praznjenja pod 70 %, ker se na ta način zmanjša sposobnost regeneracije in ponovnega polnjenja.

V praksi to pomeni, da bomo sedaj z LFP akumulatorji lahko prevozili z električnim avtomobilom tudi 400.000 km in več, ob predpostavki, da akumulator zmore vsaj 2.000 ciklov in da je radij dosega z enim polnjenjem vsaj 200 km.

Hitro polnjenje

Medtem ko za sedanje svinčene akumulatorje potrebujemo kar nekaj ur, da se napolnijo, pa je sedaj za LFP akumulatorje potrebno samo 30 minut za 85-odstotno napolnjenost in ena ura za 100-odstotno napolnjenost. V primerjavi s svinčenimi se LFP akumulatorji napolnijo 11-krat hitreje!!

Razlika je tudi v polnilnih tokovih. Medtem ko smo lahko klasične (dobre) akumulatorje polnili le s tokom nekje do 15 % nominalne vrednosti akumulatorjev, lahko LFP polnimo s tokom moči do 30 % nominalne vrednosti.