Nikal-kadmij (NiCd) u odnosu na LiFePO4 (LFP) — koja je baterija bolja?

Uz olovnu kiselinu, nikal-kadmij (NiCd) bio je jedan od prvih izumljenih akumulatora. 

Datiraju iz 1800-ih, kemija olovne kiseline i NiCad provela je veći dio 20. stoljeća natječući se koja je najisplativija vrsta punjive baterije.

Tijekom tog vremena, NiCd je ponudio brojne prednosti u odnosu na olovnu kiselinu. Ali s dolaskom litij-ionskih i, odnedavno, litij-željeznih fosfatnih (LFP/LiFePO4) baterijskih tehnologija, NiCd je zauzeo drugo mjesto.

Osim za vrlo specifične — prvenstveno industrijske — primjene, LiFePO4 baterije puno su bolja opcija.

Čitajte dalje kako biste saznali zašto… 

Što je NiCd baterija?

Nikal-kadmijeve baterije (NiCd/NiCad) su punjive baterije koje su se nekada često koristile u mnogim aplikacijama za pohranjivanje električne energije — na primjer, električni alati, prijenosni elektronički uređaji i solarne baterije .

NiCd baterije imaju dugu povijest — prva je izumljena 1899. — i na mnogo su načina superiornija od olovnih baterija, najčešće korištene alternativne punjive baterije tijekom većeg dijela 20. stoljeća.

Posljednjih godina upotreba NiCd baterija je opala, prvenstveno zbog poboljšanih kemijskih sastava baterija kao što su nikal-metal-hidridne, litij-ionske (Li-ion) i, ​​u novije vrijeme, litij željezo fosfat ( LiFePO4 /LFP) koji postaju pristupačni , široko dostupan i nudi znatno bolje performanse.

Osim toga, odlaganje kadmija – primarnog materijala koji se koristi u NiCd baterijama – ima razoran utjecaj na okoliš, prehrambeni lanac i ljudsko zdravlje. Europska unija (EU) počela je zabranjivati ​​proizvodnju NiCd baterija 2006. godine , a NiCd baterije se sada mogu koristiti samo u ograničenim primjenama prema strogim propisima o proizvodnji, odlaganju i recikliranju.

Prednosti NiCd baterije

Kada su olovne baterije bile jedina alternativa, smatralo se da nikl-kadmijeve baterije imaju brojne prednosti. S današnjim superiornim mogućnostima kemije baterija, NiCd ima vrlo malo prednosti u usporedbi. Međutim, još uvijek se široko koriste u određenim primjenama. 

Evo prednosti nikal-kadmijskih baterija u odnosu na Li-ion i LiFePO4 koje sprječavaju njihovo zastarijevanje u odabranim (prvenstveno komercijalnim/industrijskim) slučajevima uporabe. 

Neprekidno rezervno napajanje

NiCd baterije se ponekad preferiraju u odnosu na novije tehnologije kao što je Li-ion u primjenama gdje je potrebna 100% pouzdana, neprekinuta proizvodnja električne energije u širokom rasponu uvjeta okoline. Primjeri uključuju pričuvne sustave u zrakoplovima, bolnicama i podatkovnim centrima gdje je potrebno neprekidno napajanje (UPS) .

Iako LiFePO4 baterije koje se nalaze u uređajima poput EcoFlowovih prijenosnih elektrana imaju gotovo neprimjetnu brzinu prebacivanja manju od 30 ms u slučaju nestanka struje, čak i to može oštetiti osjetljivu elektroničku opremu poput tvrdih diskova i stolnih računala.

Međutim, automatski prekidač sustava napajanja u nuždi (EPS) <30 ms savršeno je prihvatljiv u samo nekoliko aplikacija.

Minimalni utjecaj temperature na izvedbu

U primjenama gdje se očekuju ekstremne fluktuacije temperature – kao što su odjeljci sustava u zrakoplovu i specifični proizvodni procesi – NiCd baterije nude vrlo pouzdane performanse. 

Ekstremne promjene temperature – na primjer, od -10°C do 30°C unutar sati ili minuta – rijetko se događaju u prirodnom okruženju, ali su uobičajene u industrijskim primjenama. 

Dodatno, raspon radnih temperatura NiCd baterija je iznimno širok, u prosjeku od -40°C do +70°C.

Dubina pražnjenja

NiCd baterije nude veću dubinu pražnjenja (DoD) od mnogih drugih kemijskih baterija — osobito olovne kiseline. Veći DoD znači da NiCd baterije isporučuju konstantnu električnu struju i snagu čak i kada su gotovo potpuno ispražnjene. 

NiCd baterije također mogu podnijeti duboka pražnjenja tijekom duljeg razdoblja bez oštećenja. Nasuprot tome, mnoge olovno-kiselinske baterije pretrpjet će trajno oštećenje i smanjenu učinkovitost kada se isprazne ispod 50% svog maksimalnog kapaciteta skladištenja. 

Što je LiFePO4 (LFP) baterija?

Litij željezo fosfat (LiFePO4/LFP) baterije su noviji podskup Li-ion kemije koji nudi brojne prednosti u odnosu na tradicionalne litij-ionske baterije kao i NiCd i olovnu kiselinu.

LiFePO4 baterije izumljene su 1996. godine, ali tehnologija je uvelike poboljšana i posljednjih je godina doživjela mnogo širu primjenu. LFP baterije privukle su značajnu pozornost javnosti kada je Tesla krajem 2021. najavio da prelazi na LiFePO4 kemiju za sva svoja električna vozila standardnog raspona.

Kao što možete vidjeti na gornjoj tablici, potražnja za LiFePO4 (LFP) baterijama na tržištu električnih vozila bila je eksplozivna — što je znak njegove zrelosti kao tehnologije koja joj daje mnoge prednosti u odnosu na druge kemijske sastave baterija. 

Prednosti LiFePO4 baterije

Proizvođači električnih vozila nipošto nisu jedine tvrtke koje prelaze na LFP baterije. Kako se tehnologija poboljšava, a cijene strmoglavo padaju, vodeći inovatori solarnih baterija i izvanmrežnog napajanja poput EcoFlowa također prelaze s NiCd i tradicionalnih Li-ion baterija na litij željezo fosfat (LFP).

Ovdje su glavne prednosti LiFePO4 baterija u odnosu na NiCd — posebno u vezi sa solarnim i izvanmrežnim rješenjima za napajanje.

Trošak

LiFePO4 baterije su jeftinije za proizvodnju od NiCd, i kada je riječ o cijeni materijala i procesu proizvodnje.

Smanjeni troškovi proizvodnje znače da robne marke mogu ponuditi snažnije solarne baterije, prijenosne elektrane i rješenja kućnih pomoćnih baterija po nižoj cijeni od proizvoda koji pokreću NiCd.

Životni ciklus

Za razliku od olovne kiseline, kronološko vrijeme ima minimalan utjecaj na životni vijek Ni-CD i LiFePO4 baterija. Umjesto toga, koliko često i kako koristite bateriju (ili baterije) u svojoj prijenosnoj električnoj stanici ili Power Kitu određuje koliko će trajati prije nego što primijetite pad u radu.

Zato je razumijevanje životnog ciklusa ključno kada istražujete koja je opcija baterije najbolja za vas. “Ciklus” predstavlja jedno potpuno pražnjenje i ponovno punjenje baterije. Vijek trajanja obično je naveden kao specifikacija proizvođača koja pokazuje koliko ciklusa vaša baterija može pružiti prije nego što značajno opadne u performansama.

Napravimo usporedbu “jabuke s jabukama” koja pomaže ilustrirati ogromnu superiornost LiFePO4 baterija u odnosu na NiCd u pogledu životnog ciklusa…

EcoFlowova izvorna prijenosna elektrana DELTA Max bila je druga iza vodećeg modela DELTA Pro u kapacitetu pohrane, proširivosti, izlazu izmjenične struje i ulazu za solarno punjenje — dakle, sve do nedavno.

Nedavno objavljeni DELTA 2 Max već je osvojio nagradu Red Dot Design Award i predstavlja golemu nadogradnju originalnog DELTA Maxa po gotovo svim pokazateljima.

Kao prvo, DELTA 2 Max koristi LiFePo4 (LFP) bateriju. DELTA Max koristi NiCd. Provjerite kako to utječe na život ciklusa.

DELTA Max 2000 (Originalni) vijek ciklusa : 800 ciklusa do 80% kapaciteta
Delta 2 maksimalni životni vijek ciklusa: 3000 ciklusa do 80+% kapaciteta
To je 275% više ciklusa po 21% nižoj maloprodajnoj cijeni od DELTA 2 Max s LiFePO4 baterijom nego DELTA Max s NiCD.

Imajte na umu da smanjena izvedba na 80% kapaciteta ne znači da PPS neće raditi. Samo ćete ga morati češće puniti. DELTA 2 Max trajat će 10+ godina redovite uporabe.

Brže vrijeme punjenja

LiFePO4 se puni puno brže od drugih kemijskih baterija — što ih čini jedinstveno prikladnima za električna vozila. Provedite vrijeme na stanici za punjenje i više vremena na putu.

To je također ogromna prednost za solarne energetske sustave, gdje je potencijal proizvodnje električne energije prirodno ograničen dostupnim vršnim satima sunčeve svjetlosti na vašoj lokaciji.

DELTA 2 Max može postići 0-80% punjenja svoje LFP baterije kapaciteta pohrane od 2,048 Wh za 43 minute koje nadmašuju svijet kada kombinira solarni ulaz od 1000 W s izmjeničnom (kućanskom) električnom energijom. Ili za 1,1 sat, koristeći samo AC.

Širok raspon radnih temperatura

Iako se LFP baterije ne mogu mjeriti s NiCd za rad na ekstremnim temperaturama, one ipak imaju sveobuhvatniji raspon radnih temperatura od olovnih ili tradicionalnih litij-ionskih baterija.

Manji utjecaj na okoliš

Negativan utjecaj nepropisnog odlaganja NiCd baterija na ljudsko zdravlje i okoliš — posebice kadmija koji sadrže — već je doveo do toga da su uvelike zabranjene u EU.

LiFeP04 baterije smatraju se daleko ekološki prihvatljivijima. Opasni teški metali poput olova ili kadmija ne koriste se u njihovoj proizvodnji, a velika ulaganja u recikliranje litija znače da se više litija ponovno koristi umjesto da se vadi iz Zemlje.

Dodatno, iznimno dug radni vijek LFP-a znači da se baterije moraju rjeđe mijenjati — što je dobro za vas kao potrošača. I okoliš.

Humanija proizvodnja i lanac opskrbe

Kobalt je neophodan za funkcioniranje tradicionalnih litij-ionskih baterija. Otprilike 70% svjetskog kobalta iskopava se i obrađuje u Demokratskoj Republici Kongo u brutalnim radnim uvjetima.

DRC je jedna od najsiromašnijih zemalja svijeta, a skokovita potražnja za kobaltom zbog električnih vozila i drugih tehnologija čiste energije nije poboljšala život većini njezinih ljudi. Umjesto toga, žene i djeca od šest ili sedam godina rade kako bi zadovoljili globalnu potražnju, a da pritom ne izvuku korist.

Prema The Guardianu , Apple, Google, Dell, Microsoft i Tesla čak su tužene “od strane obitelji iz Konga koje kažu da su njihova djeca ubijena ili osakaćena dok su kopali kobalt.”

Odabirom LiFeP04 baterija umjesto Li-on, donosite izbor u kojem se možete osjećati dobro — i kao potrošač i kao netko kome je stalo do ljudskih prava.

Koje su razlike između NiCd i LFP baterija?

Gustoća i kapacitet energije

LiFePO4 baterije imaju veći kapacitet pohrane energije po volumenu od NiCd baterija, što znači da možete pohraniti istu količinu električne energije s manje prostora. 

Dodatno, trenutne LFP baterije imaju približno dvostruko veću gustoću energije od NiCd, što znači da nisu samo manje od NiCd baterija istog kapaciteta, već su i lakše.

Sigurnost i toplinska stabilnost

LiFePO4 baterije su sigurnije od tradicionalnih Li-ion baterija i NiCd opcija. Vjerojatnije je da će se NiCd baterije pregrijati, što dovodi do smanjene učinkovitosti, pa čak i potencijalne opasnosti od požara.

Li-ion baterije su sklone toplinskom bijegu , što može dovesti do naglog povećanja unutarnje temperature baterije. Poznato je da toplinski bijeg uzrokuje požare, pa čak i eksplozije.

Nasuprot tome, LFP baterije imaju veću toplinsku stabilnost, što ih čini znatno sigurnijima.

Učinak pamćenja

Jedan od najznačajnijih nedostataka NiCd baterija je ono što je poznato kao efekt pamćenja. Kada je NiCad baterija samo djelomično ispražnjena, ona ima tendenciju “zapamtiti” razinu do koje je ispražnjena kao svoj maksimalni kapacitet pohrane, značajno smanjujući kasniji vijek trajanja baterije.

Postoje načini za potencijalno poništavanje efekta pamćenja — kao što je potpuno pražnjenje i ponovno punjenje baterije i druge metode obnavljanja .

Ali to može biti znatan gubitak vašeg vremena i truda.

LiFePO4 baterije ne podliježu efektu memorije.

Životni ciklus i životni vijek

Kao što je ranije spomenuto, LiFePO4 baterije imaju značajno duži radni vijek nego NiCd baterije — često između 200 – 300%. Više ciklusa znači dulji životni vijek i bolji povrat ulaganja.

Lakše je za vaš bankovni račun i planet jer se LFP baterije mogu mijenjati puno rjeđe od njihovih NiCd analoga.

Cijena

LiFePO4 baterije jeftinije su za proizvodnju u smislu troškova materijala i jednostavnosti proizvodnje. Zajedno s njihovim brojnim drugim prednostima, smanjeni trošak jedan je značajan razlog zašto je toliko mnogo proizvođača električnih vozila posljednjih godina prihvatilo kemiju LFP baterija.

Međutim, ovisno o primjeni, jeftinija baterija neće uvijek značiti znatno nižu cijenu. Uz solarne generatore , na primjer, modeli s LiFePO4 pogonom zahtijevaju dodatne/složenije komponente osim baterije kako bi optimalno funkcionirali.

Često postavljana pitanja

Što je bolje, NiCd ili LFP baterije?

Za veliku većinu potrošačkih aplikacija – od kampera do električnih alata do rješenja za napajanje izvan mreže – LFP baterije su daleko superiornije od NiCd baterija na mnogo načina. LiFePO4 ima bolji NiCd u pogledu cijene, životnog vijeka, brzine punjenja, prenosivosti i više. Osim ako vam nije potrebna NiCd baterija za pokretanje motora komercijalnog mlažnjaka, LFP baterije imaju NiCd pobjednik – ruku na srce.

Završne misli

Nekada, kada su postojale samo dvije tehnologije punjivih potrošačkih baterija – olovna kiselina i nikal-kadmij – NiCd kemija je imala neke značajne prednosti.

Ali ti su dani davno prošli.

Osim u primjenama gdje je neprekidni izvor napajanja (UPS) neophodan i u ograničenim slučajevima industrijske uporabe, NiCm je inferioran litij željezo fosfatu (LiFePO4) u gotovo svakom pogledu.

U EcoFlowu, kemija LiFePO4 baterije je u središtu naših izvanmrežnih rješenja napajanja kao što su Power Kits i Smart Home Ecosystem .

Saznajte kako danas prijeći na čistu, obnovljivu energiju s proizvodima EcoFlow.