Давно знакомые нам литий-ионные аккумуляторы (Li-Ion), широко используемые в телефонах, самокатах и других портативных устройствах, отличаются повышенной пожароопасностью. Такие аккумуляторы состоят из множества ячеек, каждая из которых имеет риск самовозгорания.
Это связано с химическим составом электролита, который теряет стабильность при нагревании до 80–90 градусов Цельсия. Тогда начинается самопроизвольная реакция, разгоняющая температуру до 180–200 градусов, при которой из электролита начинает выделяться кислород, и всё это вместе скачет аж до 900 градусов — а с таким пламенем ни один огнетушитель справиться уже не способен. Вам наверняка попадались видео со вспыхивающими телефонами Samsung и культовыми электромобилями Tesla.
Но новое поколение литий-железо-фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов, которые используются в источниках бесперебойного питания (ИБП) в современном жилом строительстве и на коммерческих и производственных объектах — совсем другое дело. Они надёжны и безопасны.
Сегодня разберёмся с особенностями и преимуществами LiFePO4 перед технологиями предыдущих поколений.
Какие аккумуляторы встречаются в домах
В отличие от портативных устройств и электромобилей, в жилых и производственных помещениях встречаются всего две основных разновидности аккумуляторов: традиционные кислотно-свинцовые (SLA или VRLA) и более современные литий-железо-фосфатные (LiFePO4). Вторые существенно подешевели за последние годы, стали более компактными, и срок их службы существенно вырос. Благодаря этому они быстро становятся популярнее своих кислотно-свинцовых собратьев.
Основные недостатки первых — их значительные габариты, относительно небольшой срок службы и ограниченная глубина разряда. В то же время за взрыво- и пожароопасность современных герметичных кислотно-свинцовых аккумуляторов можно быть спокойным: во внешнюю среду они ничего не выделяют.
Что касается литий-железо-фосфатных аккумуляторов, которые используются в современных ИБП для дома, то, хоть они и содержат литий, химический состав электролита там принципиально другой, нежели у литий-ионных. Их катод сделан из фосфата железа и лития, имеет стабильную кристаллическую решётку и не несёт риска «термического разгона». Такие аккумуляторы отличаются абсолютной пожаро- и взрывобезопасностью.
Чем хороши LiFePO4-аккумуляторы?
Как мы уже отметили, главное их достоинство — безопасность. Литий-железо-фосфатная батарея устойчива к нагреванию, даже если расположена под прямыми солнечными лучами, служит долго и не выделяет никаких вредных веществ. В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, она способна к более глубокому разряду и обладает высоким КПД. Такая батарея, изготовленная одним из ведущих производителей, способна пережить до 6 тысяч циклов заряда-разряда, а срок её службы может достигать 20 лет.
LiFePO4 аккумуляторы меньше весят и обладают меньшими габаритами, то есть при большей энергоэффективности ещё и экономят жизненное пространство.
Простой пример: сравним ИБП на 5 киловатт-часов в разных исполнениях. Реализация на кислотно-свинцовых аккумуляторах потребует четырёх батарей по 12 вольт и 200 ампер-часов. Каждая такая батарея весит около 60 килограммов, и чтобы разместить все четыре, понадобится стеллаж и несколько соединительных проводов. Литий-железо-фосфатный аккумулятор той же ёмкости будет весить около 50 килограммов, и его АКБ будет находиться в одном корпусе с мощным современным инвертором. Согласитесь, 50 и 240 кг — большая разница. К тому же вариант на LiFePO4-аккумуляторах сильно меньше по габаритам, а благодаря современному дизайну он выглядят гораздо более эстетично и легко вписывается в любой интерьер.
Ближайшее и отдалённое будущее литиевых аккумуляторов
На рынке индивидуального жилищного строительства сейчас возник тренд (или, если хотите, устойчивая мода) на установку систем бесперебойного электроснабжения на основе литий-железо-фосфатных батарей. Это объясняется тем, что они устроены по модульному принципу и их мощность и ёмкость можно легко нарастить по мере роста нагрузки.
Благодаря распространению экологического сознания и всё более широкому применению альтернативных источников электроснабжения (таких как солнечные батареи) на ИБП на литий-железо-фосфатных аккумуляторах возникает дополнительный спрос. Это объясняется просто: такие системы, как Hybrid-IBP EOT 5/5.12, спроектированы так, что солнечные панели могут быть органично встроены в систему и стать дополнительным фактором её надёжности (и заодно экономии).
Стандартная гарантия на LiFePO4 аккумуляторы составляет 5 лет и распространяется в том числе на потерю ёмкости батареи в течение всего этого периода. Чтобы батарея служила дольше (а производитель указывает в качестве срока службы 20 лет), требуется соблюдать условия эксплуатации и проводить ежегодную проверку и подстройку системы.
Подводя итог, можем сказать, что масштабируемые решения на LiFePO4-аккумуляторах становятся все более востребованными и в то же время доступными на российском рынке. При этом российские учёные внесли свой вклад в совершенствование литиевых аккумуляторов, и мы как-то уже об этом говорили. Правда, пока нельзя точно сказать, когда следующее поколение таких аккумуляторов пойдёт в серию и станет доступно нам с вами.