بطاريات LFP مقابل بطاريات NMC: نظرة متعمقة على تطبيقات تخزين الطاقة

يشهد سوق تخزين الطاقة ازدهارًا متزايدًا، مدفوعًا بالحاجة إلى استقرار الشبكة، وتكامل مصادر الطاقة المتجددة، وحلول الطاقة الاحتياطية. وتُعد تقنية أيونات الليثيوم جوهر معظم أنظمة تخزين طاقة البطاريات (BESS)، حيث يُعدّ فوسفات حديد الليثيوم (LFP) والنيكل والمنغنيز والكوبالت (NMC) من أبرز المواد الكيميائية المستخدمة.

يُعد اختيار التركيب الكيميائي المناسب للبطارية قرارًا حاسمًا لأي مشروع تخزين طاقة، إذ يؤثر على الأداء والسلامة وعمر البطارية والتكلفة. ورغم أن كلاً من بطاريات LFP وبطاريات NMC تتمتعان بسجل حافل بالإنجازات، إلا أن خصائصهما المميزة تجعلهما مناسبين لتطبيقات مختلفة ضمن قطاع تخزين الطاقة الواسع.

تتعمق هذه المقالة في مقارنة تفصيلية بين بطاريات LFP وNMC، مع التركيز بشكل خاص على أهميتها وأدائها في أنظمة تخزين الطاقة (ESS).

فهم الأساسيات: ما هي بطاريات LFP وNMC؟

كلٌّ من بطاريات LFP وNMC نوعان من بطاريات أيونات الليثيوم، أي أنها تخزن الطاقة وتُطلقها عبر حركة أيونات الليثيوم بين القطب الموجب (الكاثود) والقطب السالب (الأنود). ويكمن الفرق الرئيسي في مادة الكاثود.

فوسفات حديد الليثيوم (LFP): يستخدم LiFePO4 كمادة كاثود. يتميز هذا الهيكل بثباته الاستثنائي.
NMC (نيكل ومنغنيز وكوبالت): يستخدم مزيجًا من أكاسيد النيكل والمنغنيز والكوبالت بنسب متفاوتة (مثل NMC 111، 532، 622، 811) كقطب مهبطي. بتعديل هذه النسبة، يمكن للمصنعين تحسين خصائص مختلفة، مثل كثافة الطاقة أو دورة الحياة.

والآن، دعونا نقارن بينهما استنادًا إلى العوامل الأكثر أهمية لتطبيقات تخزين الطاقة.

مؤشرات الأداء الرئيسية: LFP مقابل NMC في ESS

عند تقييم البطاريات الخاصة بنظام BESS، هناك العديد من المعايير الفنية التي تأخذ مركز الصدارة.

أمان

LFP: يُعتبر أكثر أمانًا بشكل عام نظرًا لتركيبه الأوليفيني المستقر. رابطة PO في LiFePO4 أقوى من روابط أكسيد المعدن في NMC، مما يجعله أقل عرضة للانفلات الحراري حتى في ظل ظروف قاسية كالشحن الزائد أو التلف المادي. تُعد هذه السلامة المتأصلة ميزة رئيسية لأنظمة تخزين الطاقة الثابتة واسعة النطاق حيث تكون السلامة في غاية الأهمية.

NMC: على الرغم من التحسينات الكبيرة التي طرأت، إلا أن بطاريات NMC، وخاصةً الأنواع عالية النيكل، أقل استقرارًا حراريًا من بطاريات LFP وأكثر عرضة للانفلات الحراري إذا لم تُدار بشكل صحيح. تُعد أنظمة إدارة البطاريات المتقدمة (BMS) والإدارة الحرارية أمرًا بالغ الأهمية لضمان سلامة بطاريات NMC.

[تسليط الضوء على ESS]:بالنسبة للتخزين الثابت، فإن ملف السلامة المتفوق لـ LFP يشكل ميزة كبيرة، مما قد يؤدي إلى تبسيط تصميم النظام وتقليل تكاليف البنية التحتية للسلامة مقارنةً بـ NMC.

دورة الحياة

بطاريات LFP: تتميز عادةً بعمر افتراضي أطول مقارنةً بمعظم مركبات NMC الكيميائية. غالبًا ما تتحمل بطاريات LFP آلاف دورات الشحن والتفريغ (مثلًا، أكثر من 6000 دورة عند 80% من الشحن الذري) مع أدنى حد من التدهور. ترجع هذه المتانة إلى ثبات بنيتها البلورية وانخفاض الإجهاد الميكانيكي أثناء الدورة.

NMC: يختلف عمر دورة حياة NMC اختلافًا كبيرًا تبعًا لتركيبها (على سبيل المثال، قد يكون عمر NMC 111 ذو محتوى النيكل المنخفض أطول من NMC 811 ذي محتوى النيكل المرتفع). في حين أن بعض تركيبات NMC تحقق عمر دورة حياة جيدًا، إلا أن LFP يتميز عمومًا بالتفوق في التطبيقات التي تتطلب دورات متكررة جدًا على مدار سنوات عديدة، وهو أمر شائع في التخزين على نطاق الشبكة وتنظيم التردد.

[تسليط الضوء على ESS]:دورة حياة أطول تعني عمرًا تشغيليًا أطول لنظام التخزين المستدام، مما يقلل التكلفة الإجمالية للملكية طوال مدة المشروع. تُعد قدرة تحمل نظام التخزين المستدام عاملًا رئيسيًا في شعبيته المتزايدة في مجال التخزين على نطاق المرافق.

كثافة الطاقة (واط/كجم وواط/لتر)

بطارية LFP: تتميز بكثافة طاقة أقل مقارنةً بمعظم تركيبات NMC. هذا يعني أن بطارية LFP ستكون أثقل وأكبر حجمًا من بطارية NMC ذات سعة الطاقة نفسها.

NMC: يوفر كثافة طاقة أعلى، خاصةً في الأنواع عالية النيكل (مثل NMC 811). تُعدّ هذه الخاصية بالغة الأهمية في التطبيقات التي تُعدّ فيها المساحة والوزن عاملين أساسيين، مثل المركبات الكهربائية لزيادة مدى القيادة.

[تسليط الضوء على ESS]:على الرغم من أهميتها، إلا أن كثافة الطاقة العالية غالبًا ما تكون أقل أهمية لتخزين الطاقة الثابتة (BESS) مقارنةً بالتطبيقات المتنقلة (EVs). في العديد من مشاريع التخزين الشبكية أو التجارية، تُشكل المساحة المتاحة عائقًا أقل مقارنةً بالمركبات، مما يجعل كثافة الطاقة المنخفضة لبطاريات الليثيوم فلورية (LFP) أقل عيبًا. غالبًا ما تكون السلامة وعمر دورة الحياة أولوية.

يكلف

LFP: يتميز هذا المعدن بتكلفة تصنيع منخفضة عمومًا نظرًا لوفرة الحديد والفوسفات وانخفاض تكلفتهما مقارنةً بالنيكل والكوبالت. كما أنه غالبًا ما يكون خاليًا من الكوبالت، مما يُجنّبه تقلب الأسعار والمخاوف الأخلاقية المرتبطة بتعدين الكوبالت.

NMC: يميل إلى أن يكون أكثر تكلفة، ويعود ذلك أساسًا إلى تقلب أسعار النيكل، وخاصةً الكوبالت. تعتمد التكلفة المحددة على نسبة النيكل: المنغنيز: الكوبالت.

[تسليط الضوء على ESS]:تُعدّ فعالية التكلفة أمرًا بالغ الأهمية لنشر تخزين الطاقة على نطاق واسع. تُسهم التكلفة الأولية المنخفضة لـ LFP ودورة حياتها الأطول في انخفاض تكلفة التخزين المستوية (LCOS)، مما يجعلها جذابة اقتصاديًا للعديد من مشاريع BESS.

قدرة الطاقة (معدل C)

LFP: يوفر قدرة طاقة جيدة، ومناسب لمجموعة من معدلات الشحن والتفريغ. على الرغم من أنه ليس مصممًا دائمًا لمعدلات كربون عالية جدًا (>5 درجات مئوية)، إلا أن LFP يعمل بشكل جيد لمعدلات كربون BESS النموذجية (مثل 0.5 درجة مئوية إلى 2 درجة مئوية) اللازمة لتسوية الحمل، وخفض الذروة، وحتى بعض تنظيم التردد.

NMC: يمكن أن توفر NMC عالية النيكل في بعض الأحيان قدرة طاقة أعلى قليلاً لتطبيقات النبضات الصعبة للغاية، ولكن NMC القياسي يعمل أيضًا بشكل جيد في متطلبات طاقة BESS النموذجية.

[تسليط الضوء على ESS]:يُمكن لكلا المركبين الكيميائيين تلبية متطلبات الطاقة لمعظم تطبيقات BESS. يعتمد معدل الكربون المطلوب على التطبيق (على سبيل المثال، يتطلب تنظيم التردد معدل كربون أعلى من معدل كسر الذروة).

أداء درجة الحرارة

LFP: أداء أفضل عمومًا وأكثر استقرارًا حراريًا في درجات الحرارة المرتفعة مقارنةً بـ NMC، مما يُبسط الإدارة الحرارية في بعض البيئات. مع ذلك، قد يتدهور أداء LFP أسرع من NMC في درجات الحرارة المنخفضة جدًا.

NMC: يُقدّم أداءً أفضل في درجات الحرارة المنخفضة جدًا مقارنةً بـ LFP. مع ذلك، في درجات الحرارة المرتفعة، يكون خطر الانفلات الحراري أكبر، مما يتطلب أنظمة تبريد قوية.

[تسليط الضوء على ESS]:تُعدّ نطاقات درجات حرارة التشغيل البيئية مهمة. يتطلب كلا النوعين من المواد الكيميائية أنظمة إدارة حرارية مناسبة (تدفئة وتبريد) للحفاظ على الأداء الأمثل وعمر افتراضي أطول، ولكن قد تختلف المتطلبات المحددة.

LFP مقابل NMC: جدول مقارنة لتخزين الطاقة

ملاءمة التطبيق في تخزين الطاقة

استناداً إلى خصائصها، تجد LFP وNMC مكانهما في سوق تخزين الطاقة:

LFP في تخزين الطاقة:

التخزين على نطاق الشبكة: الخيار السائد بسبب السلامة العالية ودورة الحياة الطويلة والتكلفة المنخفضة، مما يجعله مثاليًا لتسوية الأحمال ودمج الطاقة المتجددة وتعزيز القدرة.

تجاري وصناعي (C&I) BESS: شائع الاستخدام لتقليل أوقات الذروة وتحسين وقت الاستخدام وتوفير الطاقة الاحتياطية حيث تكون السلامة وعمر الخدمة هما الأساس.
نظام تخزين الطاقة المنزلي: يتم تفضيله بشكل متزايد لأنظمة البطاريات المنزلية بسبب السلامة والعمر الطويل وانخفاض التكاليف، وغالبًا ما يقترن بالطاقة الشمسية الكهروضوئية.
أنظمة UPS: تحل محل الرصاص الحمضي في العديد من تطبيقات إمداد الطاقة غير المنقطعة بسبب عمرها الأطول ووزنها الأخف.

NMC في تخزين الطاقة:

في حين أن LFP هي الرائدة حاليًا في مجال التخزين الثابت المخصص، لا يزال من الممكن العثور على NMC، وخاصة في الأنظمة التي تعطي الأولوية لكثافة الطاقة الأعلى قليلاً أو تعمل في مناخات باردة جدًا حيث يكون أداءها في درجات الحرارة المنخفضة ميزة.

قد تفكر بعض التطبيقات المتخصصة التي تتطلب نبضات طاقة عالية للغاية في استخدام NMC أيضًا، على الرغم من تحسن متغيرات LFP عالية الطاقة.

ومن المهم أن نلاحظ أنه مع انخفاض تكاليف NMC وتحسن السلامة/عمر الخدمة، فقد تستعيد بعض الأرض في قطاعات BESS معينة.

الاستنتاج: اختيار الكيمياء المناسبة لمشروع ESS الخاص بك

في مجال تخزين الطاقة، يتلخص الاختيار بين كيمياء بطارية LFP وNMC في تحديد أولويات عوامل مختلفة بناءً على متطلبات التطبيق المحددة.

تتمتع تقنية LFP حاليًا بميزة كبيرة في سوق تخزين الطاقة الثابتة نظرًا لسلامتها المتأصلة وعمر دورة الحياة الطويل والفعالية من حيث التكلفة، مما يجعلها الخيار المفضل لمعظم أنظمة BESS على نطاق الشبكة وC&I والسكنية.

تظل مادة NMC، بكثافة طاقتها العالية، ضرورية للتطبيقات التي تكون فيها المساحة والوزن على رأس الأولويات، وخاصة في صناعة المركبات الكهربائية، على الرغم من أن خصائصها تتطور أيضًا.

بالنسبة لمعظم مشاريع تخزين الطاقة، تُعدّ بطاريات LFP، بفضل سلامتها العالية ومتانتها وكفاءتها الاقتصادية، التقنية المُفضّلة. ومع ذلك، من الضروري دراسة تفاصيل المشروع بعناية، بما في ذلك العمر الافتراضي المطلوب، وبيئة التشغيل، واحتياجات الطاقة، والميزانية.

تقدم BSLBATT حلولاً متطورة لتخزين طاقة البطاريات باستخدام تقنية LFP. تضمن خبرتنا حصولك على التركيب الكيميائي الأمثل للبطاريات وتصميم النظام الأمثل لاحتياجاتك الفريدة من تخزين الطاقة.

اكتشف حلول بطارية LFP الخاصة بنا:www.bsl-battery.com/products/
تعرف على حلول BESS الخاصة بنا:www.bsl-battery.com/ci-ess/
اتصل بنا لمناقشة مشروعك:www.bsl-battery.com/contact-us/

الأسئلة الشائعة

س1: ما هي البطارية الأكثر أمانًا، LFP أم NMC، لتخزين الطاقة المنزلية؟

تعتبر بطاريات LFP بشكل عام أكثر أمانًا للتخزين السكني وعلى نطاق واسع نظرًا لبنيتها الكيميائية الأكثر استقرارًا، مما يقلل من خطر الانفلات الحراري مقارنةً ببطاريات NMC، خاصة في حالة التلف أو الشحن الزائد.

س2: لماذا تُستخدم بطاريات LFP بشكل أكثر شيوعًا في تخزين الطاقة على نطاق الشبكة اليوم؟

إن الجمع بين السلامة العالية ودورة الحياة الطويلة للغاية والتكلفة المنخفضة في مادة LFP يجعلها فعالة من حيث التكلفة وموثوقة للغاية للتطبيقات الثابتة الكبيرة التي تتطلب دورات يومية وعمر تشغيلي طويل.
س3: هل كثافة الطاقة المنخفضة لـ LFP لها أهمية في تخزين الطاقة؟

ج: في حين أن هذا يعني أن أنظمة LFP أكثر حجمًا وثقلًا من أنظمة NMC المكافئة، إلا أن هذا غالبًا ما يكون أقل أهمية بالنسبة للمنشآت الثابتة حيث لا تكون قيود المساحة والوزن صارمة كما هو الحال في التطبيقات المتنقلة مثل المركبات الكهربائية.

س4: ما هو الفرق النموذجي في عمر البطارية بين بطاريات LFP و NMC في BESS؟

ج: عادةً ما تتميز بطاريات LFP بعمر افتراضي أطول بكثير (غالبًا ما يصل إلى 6000 دورة أو أكثر أو 10 سنوات) مقارنةً بمعظم بطاريات NMC المستخدمة في ESS (والتي قد تتراوح من 1000 إلى 4000 دورة أو 5-10 سنوات، حسب التركيب والاستخدام). كما يلعب العمر الافتراضي دورًا مهمًا.

س5: هل تكلفة بطاريات NMC في انخفاض؟

ج: نعم، تنخفض تكاليف البطاريات عمومًا، بما في ذلك بطاريات NMC. مع ذلك، تتمتع بطاريات LFP عمومًا بميزة من حيث التكلفة، ويعود ذلك جزئيًا إلى تكاليف المواد (لا تحتوي على الكوبالت) وتبسيط التصنيع في بعض الحالات.