4 skäl till litiumjärnfosfat i ett batterilagringssystem

Vilket batteri finns egentligen i sonnenBatterie? Strängt taget är det en batterienhet, som i sin tur består av hundratals enskilda battericeller. De är alla sammankopplade och därmed tillräckligt stora för att försörja ett hushåll med lagrad solenergi i timmar.

Om du vill veta mer måste du fråga dig vad som egentligen finns i de individuella battericellerna. Det är litiumjonbatterier, vilket alla välkända tillverkare av batterilagringssystem använder nuförtiden. De flesta känner till denna teknik från sina mobiltelefoner eller bärbara datorer. Men nu till den stora skillnaden: inom litiumjonbatterier finns det många undertyper, av vilka några skiljer sig mycket från varandra. Detta är rimligt eftersom varje applikation har olika krav på ett batteri. Ett mobiltelefonbatteri utsätts ju för andra påfrestningar än ett batteri till en elbil eller en batterilagringsenhet.

På sonnen har vi förlitat oss på litiumjärnfosfat, även känt under sina förkortningar LiFePO4 eller LFP, från allra första början. Det betyder att en av de två batterielektroderna är gjord av litiumjärnfosfat. I de flesta mobiltelefonbatterier, bärbara datorer eller elfordon är denna elektrod gjord av en litium-koboltblandning som nickel-mangan-kobolt (NMC) eller nickel-kobolt-aluminium (NCA).

Men varför använder vi oss just av litiumjärnfosfat? Därför att vi är oberoende av någon batteritillverkare och därmed inte bundna till någon speciell teknik. Detta gör att vi kan erbjuda våra kunder den bästa tillgängliga batteritekniken på marknaden. Och i våra ögon är det för närvarande litiumjärnfosfat. När vi väljer rätt teknik går vi tillväga enligt fyra kriterier, som för närvarande utesluter alla andra batterier som testats av oss i vårt batterilabb.

1. Säkerhet

Det finns ingen kompromiss här eftersom sonnenBatterie är installerad i våra kunders hem. Våra lagringssystem är skyddade mot eventuella fel flera gånger om och överträffar alla gällande lagkrav. Men det räcker inte för oss. Det är därför vi inte använder batteriteknik med mycket hög energitäthet, som till exempel används i elfordon eller mobiltelefoner.

För att veta hur batterierna reagerar i det värsta men mycket osannolika fallet av en intern kortslutning genomför vi även ett test i vårt batterilaboratorium. Endast om ett batteri överlever detta test och inte exploderar eller brinner övervägs det. Det är inte många batterier som för närvarande finns på marknaden som klarar detta test och är därför olämpliga för användning i batterilagringssystem enligt vår uppfattning.

Speciellt NMC- eller NCA-cellerna vi testade ger en simulerad kortslutning vid mycket höga temperaturer på över 700 °C, vilket kan smälta separatorn och spridas till de andra cellerna. Det som följer är en brand som inte går att släcka, eftersom syret för förbränning redan finns i batterimaterialet och det brinner därmed även under vatten.

I våra tester visade inte ens fulladdade litiumjärnfosfatbatterier en jämförbar reaktion med de NMC- eller NCA-celler som används där. De varken brann eller uppnådde kritiska temperaturer som kunde smälta separatorn eller spridas till andra celler. För oss är detta ett tydligt bevis till förmån för litiumjärnfosfatbatterier.

Detta är också slutsatsen av en oberoende tysk studie ("Compendium: Li-ion Batteries") av Association for Electrical, Electronic & Information Technologies (VDE) och den tyska kommissionen för Elektrisk, Elektronisk och Informationsteknologi (DKE), finansierad av förbundsministeriet för ekonomi och energi (BMWi).

När man jämför litiummaterialsystem gällande säkerhet kommer studien till följande slutsats: "I motsats till oxider visar litiumjärnfosfat (LFP) inga termiska effekter upp till 300 °C. Därför är studien baserad på en jämförelse av litiummaterialsystem. Detta sätter bland annat LFP före konkurrenterna när det gäller säkerhet." Och vidare: "I händelse av en olycka kan syre utvecklas vid oxider, med brandkonsekvenser. NCA (litium-nickel-kobolt- aluminiumoxid) är särskilt kritiskt i detta sammanhang."

2. Lång livslängd och prestanda

Ett batterilagringssystem måste fungera tillförlitligt i många år, först då är det hållbart och ekonomiskt lönsamt. Även här är batteritekniken avgörande.

Ett batteri tappar lite av sin ursprungliga kapacitet vid varje laddning och urladdning. Det gör att den kan lagra mindre och mindre energi med tiden. Denna process är minimal och dras ut på i flera år tills den når en nivå som vanligtvis kallas batteriets livsslut, vilket ofta kommer ganska plötsligt. De flesta känner till detta från sin mobiltelefon som efter 2 år knappt klarar längre samtal trots att den är fulladdad.

Varje batteriteknik tar olika lång tid för att nå denna punkt. Jämfört med hemlagring som sonnenBatterie är mobiltelefonbatteriet mycket kortlivat och når vanligtvis bara 300-500 laddningscykler. Även NMC-battericeller testade av oss, som ofta används i elbilar, uppnår betydligt färre laddningscykler. Men de behöver heller inte uppnå fler. För batteriet i en elbil är 1 000 laddningscykler redan ett bra värde. Med en räckvidd på 300 km per laddning skulle detta motsvara en livslängd på 300 000 km. Inte ens många bensindrivna fordon klarar det.

För egenförbrukning med solenergi skulle däremot 1 000 laddningscykler vara långt ifrån tillräckligt. Bara i Tyskland behövs cirka 250 laddningscykler per år för att säkerställa solenergins egenförbrukning. Efter fyra år skulle batteriet vara slut och behöva bytas ut.

Som regel bör dock ett sådant batteri hålla 15-20 år. Dessutom finns det ytterligare applikationer som mikro-CHP-enheter, som ökar antalet laddningscykler ännu mer.

Litiumjärnfosfatbatterierna i sonnenBatterie kan laddas och laddas ur mer än 10 000 gånger och behåller 80 % av sin ursprungliga kapacitet. Ett toppvärde i branschen. Även efter 15 000 cykler behåller de fortfarande över 60 % av sin kapacitet. Litiumjärnfosfat erbjuder oss den robusta ryggraden för att möjliggöra sådana applikationer utan problem. Även här bekräftar studien, sponsrad av BMWi, att LFP har upp till fem gånger cykelstabiliteten och därmed livslängden för NMC och NCA. Detta sätter de initialt högre anskaffningskostnaderna per kWh lagringskapacitet i perspektiv över batterilagringssystemets livslängd. Enligt studien är de relativa kostnaderna per laddningscykel endast 0,09-0,25 €/kWh/cykel, till skillnad från kostnaderna för NMC och NCA, som är dubbelt så höga.

3. Beprövad teknik

Litiumjärnfosfatteknologin har funnits i över 15 år. Den visade initialt sitt värde i bussar eller till och med ubåtar. Sedan starten 2010 har sonnen förlitat sig uteslutande på litiumjärnfosfat och har sedan dess sålt över 90 000 batterilagringsenheter med det. Den viktigaste leverantören av våra batterier är Sony, som lanserade det första kommersiella litiumjonbatteriet 1991 och har utvecklat sin egen litiumjärnfosfatteknologi.

4. Miljökompatibilitet

Litiumjärnfosfat är det enda batterimaterial vars kemiska sammansättning även förekommer som ett naturligt mineral. Kom ihåg: ett batteri består av två elektroder. En av dem är gjord av grafit, medan den andra är gjord av en nickel-koboltblandning eller litiumjärnfosfat. Så våra batterier innehåller varken kobolt eller nickel, som båda anses vara giftiga tungmetaller. Kobolt är också en potentiell kritisk råvara. Även om kobolt som används i Europa ofta kommer från Kanada eller Australien, ligger en stor del av produktionen också i Kongo, där råvaran bryts under tveksamma förhållanden.

Även i denna aspekt framstår litiumjärnfosfat som den bästa tillgängliga lösningen i BMWi-studien: "Ur en ekologisk synvinkel är LFP, liksom LMO, giftfritt och ofarligt. Dessutom, till skillnad från elektrodmaterial med nickel och kobolt, används det redan framgångsrikt som ett potentiellt lågkostnadsaktivt material."

Slutsats:

Endast om batteritekniken uppfyller alla dessa fyra egenskaper använder vi den. Därför är det för oss bara litiumjärnfosfat som kommer i fråga.