Domowy magazyn energii LFP i NMC – analizujemy wyniki badań

Dwie technologie ogniw litowo-jonowych rywalizują o miano lidera rynku domowych magazynów energii - LFP (litowo-żelazowo-fosforanowe) i NMC (o katodzie z niklem, manganem i kobaltem). Dlaczego wybór jest ważny? Mówi się o tym, że mimo podobieństw, między tymi ogniwami występują różnice m. in. w dziedzinie bezpieczeństwa. Ponieważ magazynów energii przybywa (wg. SolarPower Europe w zeszłym roku przybyło na naszym kontynencie przybyło nawet milion jednostek), wiarygodne informacje na ten temat są potrzebne jak nigdy. Czy rzeczywiście jedna technologia jest bezpieczniejsza od drugiej? Czy można w tym przypadku generalizować? Zobaczmy co mówią o tym badania. 

Zdjęcie autora: Stanisław Łoziński

Stanisław Łoziński

Redaktor GLOBENERGIA

Raport DNV GL „2022 Battery Scorecard” twierdzi, że ogniwa LFP są na ogół bezpieczniejsze niż NMC. A wiadomo, że dla kupujących domowe magazyny energii bezpieczeństwo ma decydujące znaczenie. 

Kto sprzedaje magazyny energii NMC, a kto LFP?

Ogniwa typu NMC produkowane są głównie w Korei Południowej i Japonii przez producentów takich jak Samsung, LG oraz Panasonic. Na rynku polskim, najpopularniejszym produktem jest LG RESU, kompatybilny z wieloma markami inwerterów. Występują u nas również akumulatory NMC niemieckiej grupy BMZ, którzy fabrykę magazynów mają m.in. w Gliwicach.

Ogniwa typu LFP produkowane są w przeważającej części w Chinach, m.in. w zakładach CATL, BYD i Pylontech. Na rynku polskim te ogniwa znajdziemy w magazynach energii sprzedawanych pod marką BYD, Pylontech, Huawei Luna, SolaX Power, GoodWe Lynx i FoxESS.

Magazyn energiiWybrane kompatybilne marki inwerterówTyp ogniw
BMZ ESSSMA, VictronNMC
Huawei LunaHuaweiLFP
GoodWe LynxGoodWeLFP
FoxESSFoxESSLFP
SolaX PowerSolaXLFP
BYDFronius, SMA, GoodWe, Solis, SungrowLFP
LG RESUFronius, SMA, GoodWe,  Solis, Sungrow, Sofar, Victron, SolaX, SolarEdgeNMC

Domowe magazyny energii a cechy użytkowe NMC i LFP

Domowe magazyny energii powinny być niezawodne i bezpieczne. Zarówno NMC, jak i LFP należą do grupy ogniw litowo-jonowych i wszystkie oczywiście spełniają wspomniane wymogi. Świadczy o tym fakt, że ich typowa gwarancja obejmuje 10 lat działania, a przewidywana żywotność wynosi 15 lat.

NMC i LFP są bezpieczne w takim sensie, że nie wytwarzają szkodliwych oparów, dzięki czemu mogą działać w domu. Certyfikowane ogniwa mają wskaźnik awaryjności na poziomie niższym niż 1 na milion, stąd prawdopodobieństwo samoistnej awarii jest niskie.

Co zatem różni te dwie technologie? Reakcja na ewentualną usterkę. 

Magazyn energii a usterka - na co zwrócić uwagę? 

Raport DNV GL pod tytułem „2022 Battery Scorecard” omawia zagrożenia dla magazynów energii i przedstawia wyniki testów bezpieczeństwa.

Raport stwierdza, że przegrzanie, przebicie lub zwarcie wewnętrzne zwiększają temperaturę ogniw, a im poważniejsze uszkodzenie, tym wyższa temperatura. Po osiągnięciu pewnego progu następuje wydzielenie szkodliwych gazów poza ogniwo. Kolejnym progiem jest ucieczka termiczna (ang. Thermal Runaway). To punkt krytyczny, po którego przekroczeniu następuje pożar, który ma tyle wspólnego z normalnym ogniem, co Niagara z tatrzańską Siklawą - jest dużo bardziej intensywny.

Im wyższe wspomniane progi temperaturowe, tym ogniwo bardziej bezpieczne. Dodatkowo im wyższa różnica między progiem wydzielenia gazu i progiem ucieczki termicznej, tym lepiej, gdyż gaz może zaalarmować właścicieli magazynu.

DNV przeprowadziło testy ogniw LFP i NMC określając wspomniane parametry. Prześledziliśmy wyniki badań i przedstawiamy płynące z nich wnioski.

W badaniu udział wzięło 9 ogniw, z czego 7 typu LFP i 2 typu NMC. Podgrzewano je zgodnie z testem UL 9540A. Notowano progi temperaturowe wydzielenia gazu oraz początku ucieczki termicznej.

Ogniwo testowePróg wydzielenia gazówPróg ucieczki termicznej
LFP 7 200°C342°C
LFP 4168°C240°C
LFP 2153°C227°C
LFP 3143°C210°C
LFP 5135°C207°C
NMC 2159°C201°C
NMC 1163°C164°C
LFP 6110 °C164°C
LFP 1147°C148°C

Średnia temperatura ucieczki termicznej wyniosła 211°C. Dla trzech ogniw LFP ten wynik był wyższy niż 220°C (najlepsze ogniwo osiągnęło ten stan dopiero przy 342°C). Dwa ogniwa LFP i jedno ogniwo NMC osiągnęło wynik nieco poniżej średniej. Drugie ogniwo NMC i ostatnie dwa ogniwa LFP miały wyniki wyraźnie gorsze, destabilizując się już przy 148-164°C. 

Dodatkowo dla ogniw NMC i jednego ogniwa LFP wydzielenie gazu następowało wkrótce przed ucieczką termiczną. Pozostałe 6 ogniw LFP wydzielały dym przy temperaturze wyraźnie niższej, niż temperatura ucieczki termicznej. Najgorsze ogniwo badania to ogniwo LFP, które miało bardzo niską temperaturę wydzielenia gazów (147°C) oraz ucieczki termicznej (148°C).

Większość LFP ma wyraźnie wyższą temperaturę ucieczki termicznej niż NMC. Dodatkowo dla obydwu przetestowanych NMC temperatura wydzielenia gazów była bliska temperaturze ucieczki termicznej. Z drugiej strony dwa ogniwa LFP uzyskały wyniki podobne do NMC. Czy zatem można generalizować i uznawać jedną technologię za bezpieczniejszą, a drugą za mniej bezpieczną? Nie do końca. 

Warto jednak zauważyć, że wyniki najlepszych LFP dzieli od wyników najgorszych LFP ogromna przepaść, co nie da się wytłumaczyć inaczej jak tylko jakością materiałów i produkcji. Zatem nawet kupując magazyn energii LFP warto zainwestować w markowe rozwiązania uznanych producentów, a ogniwa NMC dobrej jakości są bezpieczniejsze niż LFP niskiej jakości.


Źródła:

  • James Daggett i inni, „2022 Battery Scorecard”, DNV GL

Zobacz również