Li-Ion или LiFePO4: Что лучше для зарядной станции и ИБП?

31.08.2023

За автономность систем резервного энергообеспечения на базе источников бесперебойного питания (ИБП) или мобильных зарядных станций должны отвечать так называемые тяговые аккумуляторы (АКБ). Они предназначены для длительной циклической эксплуатации, не боятся глубоких разрядов, плюс в идеале достаточно быстро заряжаются. Этим они отличаются от классических автомобильных АКБ, рассчитанных на краткосрочное использование — запуск двигателя (подпитку стартера). Конечно, и сегодня в пару к ИБП все еще приобретают свинцово-кислотные батареи GEL или AGM, но более технологичным выбором являются литиевые вариации — LiFePO4 и Li-Ion. Они уже безальтернативно применяются в зарядных станциях. Что лучше литий-ионный или литий-железо-фосфатный аккумулятор для резервных электросистем? Давайте разбираться в вопросе.

Перед покупкой аккумулятора для «бесперебойника» вы можете отсортировать необходимые модели по технологии изготовления в нашем общем каталоге. Аналогично подбор по параметрам позволит сосредоточиться на решениях с LiFePO4 или Li-Ion батареей при поиске оптимальной зарядной станции. А если вам только предстоит покупка ИБП, то рекомендуем также ознакомиться с материалом «Как выбрать ИБП». Также советуем почитать статью «Как выбрать аккумулятор для ИБП».

Li-Ion vs LiFePO4: состав и сфера применения

Прежде всего стоит отметить, что литий-ионные аккумуляторы — это собирательный термин для батарей с литием и графитом в составе. При этом катоды тут могут быть разными, и как раз это во многом и определяет итоговые рабочие характеристики АКБ.

Так, в типичных литий-ионных аккумуляторах катод выполняется из кобальта, марганца или их комбинаций. Допустим, в зарядных станциях встречаются и еще более сложные «рецептуры» положительно заряженных частиц, содержащие сразу никель, кадмий и марганец. Последняя разновидность называется Li-Ion NMC. Подобные батареи позволяют нарастить суммарную мощность при стабильном напряжении, в связи с чем, например, повсеместно применяются у компании EcoFlow наряду с моделями LiFePO4.

К характерным особенностям большинства литий-ионных АКБ относится высокая плотность энергии. Это означает, что они могут сочетать компактные размеры и малый вес с достаточно большой емкостью батареи. Сегодня Li-Ion аккумуляторы привычны нам, ведь используются в смартфонах, ноутбуках и разных других гаджетах. Также они довольно широко представлены среди АКБ для ИБП.

Вот такие “внутренности” имеют емкие литий-ионные аккумуляторы .

Если говорить строго, то литий-железо-фосфатная батарея LiFePO4 — это тоже разновидность Li-Ion. При этом данная технология — одна из самых современных и пока что точно наиболее прогрессивная. Катод тут состоит из литий-феррофосфата. Он тяжелее чем у прочих литиевых АКБ, но имеет немало других преимуществ, в том числе в аспекте долговечности, надежности и общей безопасности.

Широкое распространение LiFePO4 получили благодаря применению в солнечных батареях и электромобилях. Но сейчас активно проникают и во многие другие сферы.

Батери LiFePO4 нередко выполнены в другом форм-факторе.

Еще недавно классические литий-ионные и прогрессивные железо-фосфатные батареи практически не конкурировали друг с другом. Первые господствуют среди мобильных гаджетов и в компьютерной технике, вторые — в автосфере. Но в зарядных станциях и в АКБ для ИБП они пересекаются и могут выступать альтернативой друг другу. Что же выбрать LiFePO4 или Li-Ion?

Сравнение LiFePO4 и Li-Ion по разным параметрам

Чтобы понять, какой аккумулятор лучше, нужно сравнить самые важные эксплуатационные характеристики и цены, а уже затем принимать решение для себя. Прежде всего стоит отметить общие черты, свойственные всем литиевым АКБ сегодня, а именно:

• отсутствие эффекта памяти;
• готовность к глубокому разряду (вплоть до 90% и выше);
• низкую скорость саморазряда при простое;
• довольно быстрый зарядный процесс, на фоне традиционных автомобильных батарей, например, с технологией EFB.

Но разница между LiFePO4 и Li-Ion все же довольно ощутима. Рассмотрим отличия по параметрам, которые важны для систем резервного энергообеспечения:

• Безопасность. При питании мощных устройств АКБ могут нагреваться, что например, может влиять на химическую стабильность батареи. В целом для литий-ионных моделей не исключен перегрев, возгорание и даже взрыв, но подобные форс-мажоры, как правило, предупреждает встроенная электроника (специальные контроллеры). LiFePO4 лучше выдерживает повышение температур, не выделяет кислород при работе, поэтому возгорание практически исключены. В целом литий-железо-фосфат можно считать более безопасным выбором.

В плане долговечности литий-железо-фосфатные АКБ ощутимо впереди.

• Рабочий ресурс (количество циклов зарядки-разрядки без падения производительности). Для систем резервного энергообеспечения долговечность АКБ — очень важный параметр. Стоит сказать, что литиевые технологии однозначно лучше, чем, например, гелевые аккумуляторы. Последние при разряде свыше 50% в среднем выдерживают до 500 циклов. Обычные Li-Ion имеют срок службы минимум в 1000 циклов, а, например, Li-Ion NMC — даже под 2000. Но по этому критерию безусловным лидером являются LiFePO4, которые не проседают по мощности еще дольше — от 3000 до 8000 циклов. Деградация на практике происходит где-то через 7 – 10 лет (а в солнечных батареях жизненный цикл даже больше — свыше 20 лет). В целом у железо-фосфатных АКБ долговечность обычно в 2 раза больше, чем у Li-Ion.
• Плотность энергии (а также габариты и вес). Простыми словами — это то, какую емкость батареи можно уместить в единице объема или массы. Чем выше плотность (энергоемкость), тем компактнее и легче может быть АКБ. У LiFePO4 она составляет от 90 до 150 Вт*ч/кг. То есть батарея зарядной станции емкостью в 500 Вт*ч будет весить не меньше 3.5 кг (а скорее ближе к 5 кг). Плотность Li-Ion ощутимо выше, вплоть до 260 Вт*ч/кг (как, допустим, у литий-кобальтовых вариаций). То есть те же 500 Вт*ч могут «уместиться» в 2-килограммовом корпусе. Соответственно, в аспекте компактности и легкости традиционные литий-ионные аккумуляторы превосходят LiFePO4.

Зарядные станции с LiFePO4 батареями довольно тяжелые.

• Значения напряжения. У литий-ионного АКБ соответствующий номинальный показатель равняется 3.7 B, а у железо-фосфатного — 3.2 В. С точки зрения физики подобная разница должна обеспечить определенные преимущества Li-Ion при питании более мощной техники, а также позитивно влиять на скорость зарядного процесса. Но в действительности особой разницы на практике нет, так как LiFePO4 стабильнее держит рабочее напряжение в районе номинального (плюс может отдавать больший ток), а у литий-ионных аналогов рабочие цифры активнее снижаются при разрядке батареи, вплоть до 2.8 В. То есть за счет своей стабильности железо-фосфатные АКБ нивелируют проигрыш в вольтах.
• Рабочие температуры. Все литиевые АКБ не любят холодов, то есть при отрицательных цифрах на термометре их эксплуатационные характеристики снижаются (и прежде всего проседает общая производительность). Но разница у решений с разной технологией все же есть. Li-Ion вообще нельзя заряжать при минусовых значения, тогда как у LiFePO4 рабочих диапазон температур обычно шире. Вместе с тем, решающее слово зачастую остается за производителем конкретного прибора. Так, BLUETTI PowerOak EB55 допустимо применять на морозах, а конкурента с аналогичной железо-фосфатной батареей — EcoFlow RIVER 2 Max — нет (нижний предел 0 °C).

При морозах все литиевые АКБ чувствуют себя не очень, но есть исключения.

• Экологичность. Без сомнений система резервного электроснабжения на базе ИБП или зарядных станций — это более «зеленый» продукт, чем бензиновые генераторы. Но и тут есть свои нюансы. Так, АКБ требуют правильной утилизации, а, допустим, кобальт и кадмий, которые входят в состав некоторых литий-ионных батарей (включая Li-Ion NMC) могут оказывать негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека. В данном аспекте LiFePO4-аналоги являются более экологичным выбором.

Отдельно стоит поговорить о ценах. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы — это относительно новая технология, но на фоне литий-ионных аналогов процесс изготовления здесь даже дешевле (например, на производстве не требуется специальный цех для работы с токсичным кобальтом). Но в силу новизны LiFePO4 в таких готовых решениях, как зарядные станции, производители пока не спешат снижать цены. В результате литий-ионные модели в пересчете на единицу емкости (Вт*ч) пока стоят дешевле, что можно наглядно увидеть в подборке. С АКБ для ИБП все менее однозначно, ведь нужно делать поправку на вольтаж и емкость. В целом там ощутимых разрывов по цене нет.

Для наглядности основные отличительные черты литий-ионных и железо-фосфатных АКБ сведены в таблицу:

Когда стоит выбрать зарядную станцию или АКБ для ИБП на базе LiFePO4?

Выбирать литий-железо-фосфатные аккумуляторы для систем автономного энергоснабжения стоит, если вам:

• предстоит подключать мощные приборы;
• нужно будет использовать зарядную станцию или ИБП в сложных условиях (и температурных, и в аспекте серьезных пиковых нагрузок, глубокого разряда), обеспечив максимальную безопасность (без риска пожаров и взрывов);
• важнее долговечность, а не стоимость;
• подходит стационарная установка и не нужно перемещать ИБП или зарядную станцию, есть место для их размещения;
• требуется относительно экологичное решение.

В высоконагруженных системах литий-железо-фосфатные АКБ предпочтительны.

В целом системы резервного электропитания на базе LiFePO4 выигрывают на фоне конкурентов в плане универсальности, готовности к серьезным нагрузкам, общей выносливости, стабильности и долговечности. Так, самые мощные зарядные станции базируются именно на АКБ по данной технологии. И это неслучайно. Допустим, если вы хотите питать ими всю квартиру или тем более дом, понимаете, что это долгосрочная инвестиция, то целесообразно рассматривать именно литий-железо-фосфатные батареи.

Когда стоит взять зарядную станцию или ИБП с Li-Ion АКБ?

Традиционные литий-ионные решения актуальны, если вы:

• планируете портативное применение (будете брать зарядную станцию в поход, в поездки и т.д.);
• испытываете дефицит места;
• не собираетесь интенсивно нагружать резервную систему энергообеспечения;
• нуждаетесь во временном решении (не хотите переплачивать за долговечность, правда, в этом случае можно рассматривать, даже AGM-аккумуляторы);
• ограничены в бюджете.

В походе и других условиях, когда важна мобильность, литий-ионные батареи имеют свои козыри .

Для щадящей эксплуатации, например, обеспечения питанием только лишь газового котла, холодильника или офисного ПК, хорошо подходят Li-Ion аккумуляторы. Они предпочтительны для самых стесненных условий, ведь при прочих равных ощутимо компактнее LiFePO4, а также тогда, когда систему надо часто переносить. Плюс фактор цены забывать не стоит, ведь если ИБП или зарядная станция — это решение сугубо для экстренных случаев, то срока службы в условные 3 – 4 года должно быть вполне достаточно.

Можно предположить, что аккумуляторы LiFePO4 будут использоваться все чаще, а цены на те же зарядные станции с ними в скором времени снизятся. В результате их превосходство перед другими литиевыми технологиями только укрепится. И вот тогда главными аргументами в пользу обычных Li-Ion моделей будет лишь легкость и компактность.