LiFePO4 a NMC: životnost, bezpečnost a cena za cyklus

V roce 2021 jsem vybíral baterii k hybridnímu měniči a měl jsem před sebou dvě nabídky se stejnou kapacitou a rozdílem třiceti tisíc. Levnější měla NMC články a byla o třetinu menší a lehčí. Vzal jsem tu dražší a těžší, a když dnes koukám na počet odjetých cyklů, jsem za to rád.

Čím se chemie liší

Obě technologie jsou lithium-iontové. Rozdíl je v materiálu kladné elektrody. LiFePO4 používá fosforečnan železnato-lithný, NMC směsný oxid niklu, manganu a kobaltu. Z toho plyne všechno ostatní.

Parametr	LiFePO4	NMC
Jmenovité napětí článku	3,2 V	3,6–3,7 V
Hustota energie	90–160 Wh/kg	150–250 Wh/kg
Životnost v cyklech (do 80 % kapacity)	3 000–8 000	2 000–4 000
Teplota tepelného úniku	asi 250–270 °C	asi 170–210 °C
Obsah kobaltu	žádný	ano
Chování v mrazu	horší, nabíjení pod 0 °C nepřípustné	o něco lepší, stejné omezení
Cena za kWh kapacity	nižší až srovnatelná	vyšší

Bezpečnost je hlavní argument

Vazba mezi železem, fosforem a kyslíkem ve struktuře LiFePO4 je pevnější než vazba kyslíku v oxidech niklu a kobaltu. Při přehřátí, mechanickém poškození nebo vnitřním zkratu se tedy z článku uvolňuje kyslík hůř a při vyšší teplotě. Tepelný únik nastupuje později, probíhá mírněji a hoří s menší intenzitou.

V domě, kde bydlí rodina a kde úložiště stojí v technické místnosti u kotle, je to argument, který přebíjí hustotu energie. Praktické dopady na umístění a odvětrání popisuje článek o bezpečnosti bateriového úložiště.

Kde má NMC navrch

• Hmotnost a objem. Při stejné kapacitě je NMC modul zhruba o třetinu menší. V elektromobilu je to rozhodující, v technické místnosti obvykle ne.
• Napěťová charakteristika. NMC má strmější vybíjecí křivku, takže z napětí lze snáz odhadnout stav nabití. LiFePO4 má křivku plochou, což klade vyšší nároky na řídicí elektroniku.
• Výkon v chladu. Rozdíl je znatelný jen v extrémech; obě chemie se pod nulou nesmějí nabíjet bez předehřevu.

Cena za uloženou kilowatthodinu

Pořizovací cena je zavádějící údaj. Rozhodující je, kolik zaplatíte za jednu kilowatthodinu, která baterií během života projde. Výpočet je jednoduchý:

cena za cyklovanou kWh = cena baterie ÷ (využitelná kapacita × počet cyklů)

	LiFePO4, 10 kWh	NMC, 10 kWh
Cena úložiště	například 150 000 Kč	například 130 000 Kč
Využitelná kapacita	9,5 kWh (DoD 95 %)	9,0 kWh (DoD 90 %)
Garantovaný počet cyklů	6 000	3 500
Průchozí energie	57 MWh	31,5 MWh
Cena za cyklovanou kWh	asi 2,6 Kč	asi 4,1 Kč

Ceny se rychle mění, takže dosaďte aktuální nabídky. Poměr mezi chemiemi ale zůstává podobný a vysvětluje, proč se domácí úložiště posunula téměř výhradně k LiFePO4. Podrobněji je počítání životnosti rozebrané v textu o životnosti baterie v cyklech a v letech.

Co znamená garantovaný počet cyklů

Výrobce obvykle garantuje, že po uvedeném počtu cyklů zůstane k dispozici alespoň 70–80 % původní kapacity. Nejde o okamžik, kdy baterie přestane fungovat — jen o hranici, po jejímž překročení už nemáte nárok na reklamaci. Podmínky bývají svázané s teplotou provozu, hloubkou vybíjení a maximálním nabíjecím proudem, jak popisuje článek o využitelné kapacitě a parametrech DoD a SoC.

Na co se ptát při výběru

1. Jaká je chemie a kdo vyrobil články, ne jen kdo složil modul. Výrobců článků je několik, sestavovatelů desítky.
2. Kolik cyklů a při jaké hloubce vybíjení je garantováno a s jakou zbytkovou kapacitou.
3. Jaká je záruka v letech a jestli se počítá i podmínka na celkovou průchozí energii.
4. Jaké má úložiště BMS a jestli komunikuje s vaším měničem. Nekompatibilita mezi baterií a měničem je nejčastější problém při skládání systému z komponent různých značek, viz text o volbě mezi hybridním měničem a bateriovým střídačem.
5. Jaké je pracovní rozmezí teplot a zda má modul vyhřívání. V nevytápěné garáži je to zásadní.

Praktická poznámka

Moje LiFePO4 úložiště o kapacitě 11,6 kWh má po čtyřech letech odjeto zhruba 1 250 plných ekvivalentních cyklů a měřená kapacita klesla asi o 6 %. Při zachování tempa bude na osmdesáti procentech někdy kolem dvacátého roku provozu — dřív dojde životnost měniče. To je dobrá zpráva pro výpočet návratnosti, do kterého se výměna baterie často zbytečně zahrnuje jako jistá položka.

Kdo vyrobil články a kdo modul

Domácí úložiště se skládá ze tří vrstev, které často pocházejí od tří různých firem: články, řídicí systém BMS a mechanická skříň s elektronikou. Značka na dvířkách bývá jen ta třetí vrstva.

Pro posouzení kvality je nejdůležitější původ článků, protože ten určuje životnost a bezpečnost. Výrobců článků na světě je nemnoho a jejich jména se v datasheetu zpravidla uvádějí. Pokud tam nejsou, je to důvod se ptát.

• Články — určují chemii, počet cyklů a chování při poruše.
• BMS — hlídá napětí a teplotu jednotlivých článků, vyvažuje je a komunikuje s měničem. Rozdíl mezi dobrým a špatným BMS se projeví po letech nerovnoměrným stárnutím.
• Skříň a chlazení — ovlivňují provozní teplotu, tedy zase životnost.

Nejlevnější úložiště obvykle šetří na druhé položce, která je nejméně vidět a nejvíc rozhoduje.