NMC / NCA Lityum iyon Pil ve LFP Pil Karşılaştırılması
| Jerry Huang
Şu anda, tamamen elektrikli araçlar için piyasada iki ana akım pil teknolojisi bulunmaktadır: lityum demir fosfat (LFP) pil ve NMC/NCA lityum piller. Bu iki pil türü birçok uygulama alanında/senaryoda rekabet eder ve en zorlu rekabet alanı Çin'de en fazla lityum pil tüketen elektrikli araç endüstrisidir.
Bu iki tip lityum iyon pil arasında uzun süredir karşılaştırma yapılıyor. Yukarıdaki piller kullanılarak EV'nin fiyatları ve piyasa geri bildirimleri karşılaştırılarak maliyet etkinliği karşılaştırması kolayca yapılabilir. Ancak pil performansı için, daha iyi anlamak için NMC/NCA pil ve LFP pilin bazı detaylarına, koşulları ayarlayarak, deneysel verilerini gözlemleyerek bakalım.
Batarya laboratuvarlarından, elektrikli araç üreticilerinden ve lityum-iyon batarya üreticilerinden yapılan deneylere göre, her testin ince farklı verileri olsa da, avantajları ve dezavantajlarının sonucu açık olma eğilimindedir. Daha da önemlisi, piyasa kendi seçimini yaptı ve hala devam ediyor.
Enerji yoğunluğu----Mevcut teknolojiye göre, ticari tek hücreli NMC lityum pilin enerji yoğunluğu 230~250Wh/kg civarındadır ve Panasonic NCA pil bunu yaklaşık 322Wh/kg alır; LFP lityum pilin enerji yoğunluğu 2020'de temel olarak 130~160Wh/kg civarında seyrederken, bazıları 190Wh/kg'a yaklaşabilir, ancak bunun 200Wh/kg'ı aşması çok zordur (Gotion High-Tech, Bu yıl laboratuvar). NCA/NMC bataryası daha çok daha az güç tüketen araçlarda hızlı hız ve uzun menzil lehine uygulanmaktadır. Teorik olarak, NCA lityum pil kullanan araçlar, aynı sayıda LFP pil kullanan araçlardan daha uzağa gidebilir; ve LFP araçları, menzillerinin uzun olmaması ve çok sayıda şarj istasyonunun kolaylıkla yapılabildiği şehirlerde kısa mesafelerde şarj edilebilmeleri nedeniyle günümüzde tercihen şehir içi otobüsleri olarak tercih edilmektedir.
Uzay işgali---- Arabalar için otobüs ve Tesla istiyorsanız BYD'yi seçin. Daha yüksek enerji yoğunluğundan yararlanan tek bir NMC/NCA pil hücresi, sınırlı alana sahip araçlar için çok önemli olan bir LFP piline göre alanın yarısından tasarruf sağlayabilir. Bunu ticari pazarda görebiliyoruz, Tesla NMC/NCA piline odaklanıyor ve BYD LFP pil üretiyor. Yani Çin'in EV pazarında bir söz vardır, "otobüs istiyorsanız BYD'yi ve arabalar için Tesla'yı seçin". Bu yıl Mart 2020'de BYD, önceki paketlerine göre %50 yerden tasarruf sağlayan yeni LFP pil paketini duyurdu ve Blade Pil takılı Han EV sedan ile olumlu satışlar elde etti. Aynı zamanda Tesla, LFP pil ile çalışan yeni Model 3'ü CATL'den de tanıttı.
Güvenlik ---- En önemlisi, şehir içi otobüsler için LFP pilinin seçilmesinin nedeni, temel güvenlik endişesidir. Tesla Model S piyasaya sunulduğundan beri tüketicilerden Tesla otomobilleri ile birçok yangın kazası meydana geldi, ancak doğrudan yangının nedeni farklı olabilir. Bunun bir nedeni, Tesla'nın pil takımının 7.000'den fazla Panasonic / Tesla NCA lityum pilden oluşmasıdır. Bu birimlerde veya tüm pil takımında dahili kısa devre varsa, özellikle araba kazalarında açık alevler hatta büyük yangınlar oluşturabilirler; çok şükür düzeliyor. LFP malzemesinin bir kısa devre ile karşılaşma olasılığı çok daha düşük olsa da, yüksek sıcaklık direnci NCA/NMC lityum pilinkinden çok daha iyidir.
Düşük sıcaklık ve yüksek sıcaklık direnci----Lityum demir fosfat (LFP) pil, yüksek sıcaklık direnci için daha iyi performans gösterirken, NCA/NMC düşük sıcaklık direnci için daha iyidir. Bir örnek sunayım. -20℃ sıcaklıkta, NMC lityum pil kapasitesinin %70,14'ünü serbest bırakabilir; lityum demir fosfat (LFP) pil ise yalnızca %54,94'ü serbest bırakabilir. NMC lityum pilin deşarj voltajı platosu çok daha yüksektir ve düşük sıcaklıkta LFP pilinden daha erken başlar. Bu nedenle, NMC pil, düşük sıcaklıktaki uygulamalar için daha iyi bir seçimdir.
Şarj verimliliği ---- NMC/NCA lityum pilin şarj verimliliği, LFP pilinkinden daha yüksektir. Lityum pil şarjı, akım kontrolü ve voltaj kontrol yöntemini benimser. Yani, akım ve şarj verimliliği nispeten yüksek olduğunda ilk önce sabit akım şarjı uygulanır. Lityum pil belirli bir voltaja ulaştıktan sonra, şarj cihazı sabit voltaj şarjının ikinci aşamasına geçer, bu süre zarfında akım ve şarj verimliliği düşüktür. Bir lityum pilin şarj verimliliğini ölçmek için, sabit akım şarj kapasitesi ile tam kapasitesi arasında "sabit akım oranı" adı verilen bir oran kullanırız. Sabit akım oranıyla ilgili deneysel veriler, NMC/NCA ve LFP pillerini 10 ℃'den daha düşük bir sıcaklıkta şarj etme arasında çok az fark olduğunu, ancak bundan daha yüksek bir sıcaklıkta oldukça farklı olduğunu göstermektedir. İşte bir örnek, onları 20℃'de şarj ettiğimizde, NMC lityum pilin sabit akım oranı %52,75'tir, bu da lityum demir fosfat (LFP) pilin (%10,08) beş katıdır.
Döngü ömrü----Lityum demir fosfat (LFP) pilin döngü ömrü, NMC/NCA lityum pilden daha iyidir. NMC lityum pilin teorik ömrü 2000 döngüdür, ancak kapasitesi 1000 döngü çalıştığında %60'ı korumak için hızla azalır; en iyi bilinen Tesla NCA pili bile 3000 döngüden sonra kapasitesinin sadece %70'ini koruyabilirken, lityum demir fosfat (LFP) pil 3000 döngüden sonra %80 kalacaktır.
Yukarıdaki karşılaştırma, NMC/NCA pilinin ve LFP pilinin avantajları ve dezavantajları hakkında kaba bir resim vermektedir. LFP lityum pil, uzun çevrim ömrü ve yüksek sıcaklığa karşı iyi direnci ile güvenlidir; ve NMC/NCA lityum pil, yüksek enerji yoğunluğuna, hafifliğe, şarjda verimliliğe ve düşük sıcaklığa karşı iyi bir dirence sahiptir. Bu farklılıklar, onları çeşitli uygulamalar için pazarda iki ana seçenek haline getirir.
Günümüzde NMC(Ni-zengin tipler) ve NCA pil üreticileri, katot malzemesi için lityum kaynağı olarak lityum hidroksit monohidrat pil derecesini seçmektedir. LFP pilinin hidrotermal yöntemle üretimi de lityum hidroksit kullanır, ancak çoğu LFP pil üreticisi lityum karbonatı seçer. İşte referansınız için 2018'de Çin pazarında lityum hidroksit tüketiminin bir resmi. 