LiFePO4 vs. Blei-Säure-Batterie für Solar – Bericht 2023

LiFePO4- und Blei-Säure-Batterien sind zwei gängige Arten von wiederaufladbaren Batterien, die in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden. LiFePO4-Batterien werden aufgrund ihrer größeren Entladetiefe, längeren Lebensdauer, schnelleren Ladezeit und höheren Ladeeffizienz im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien häufig in Elektrofahrzeugen und Speichersystemen für erneuerbare Energien eingesetzt .

Blei-Säure-Batterien werden häufig in Automobilen und anderen Anwendungen verwendet, die ein hohes Leistungsgewicht erfordern. Obwohl sie möglicherweise eine kürzere Lebensdauer und einen geringeren Wirkungsgrad haben, können sie eine bessere Option sein, wenn die Kosten eine wichtige Rolle spielen .

In diesem Artikel werden die Funktionsprinzipien dieser Batterien untersucht und ihre Vor- und Nachteile verglichen.

Was ist ein LiFePO4-Akku und wie funktioniert er?

Eine LiFePO4-Batterie , auch Lithium-Eisenphosphat-Batterie genannt, ist ein wiederaufladbarer Batterietyp, der häufig in Elektrofahrzeugen und Speichersystemen für erneuerbare Energien verwendet wird. Es besteht aus vier Hauptkomponenten: einer Kathode (positive Elektrode), einer Anode (negative Elektrode), einem Separator und einem Elektrolyten .

Die LiFePO4-Batterie nutzt Lithiumionen, um sich zwischen den Anoden- und Kathodenelektroden hin und her zu bewegen.

Beim Laden wandern Lithiumionen von der Kathode zur Anode , wo sie in der Kristallstruktur des LiFePO4-Materials gespeichert werden.

Beim Entladen der Batterie kehrt sich der Vorgang um, wobei die Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode wandern und einen elektrischen Strom erzeugen.

Was ist eine Blei-Säure-Batterie und wie funktioniert sie?

Eine Blei-Säure-Batterie ist ein wiederaufladbarer Batterietyp, der häufig in Automobilen, unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) und anderen Anwendungen verwendet wird, die ein hohes Leistungsgewicht erfordern . Es besteht aus einer Reihe von Blei- und Bleioxidplatten, die in eine Elektrolytlösung aus Schwefelsäure getaucht sind.

Beim Entladen der Batterie reagiert die Schwefelsäure mit den Blei- und Bleioxidplatten unter Bildung von Bleisulfat und Wasser . Bei dieser chemischen Reaktion werden Elektronen freigesetzt, die durch den Stromkreis fließen und das Gerät mit Strom versorgen.

Wenn die Batterie aufgeladen wird, kehrt sich der Vorgang um, wobei Bleisulfat und Wasser wieder in Blei und Bleioxidplatten sowie Schwefelsäure umgewandelt werden .

LiFePO4 vs. Blei-Säure-Batterie: Vor- und Nachteile

Entladungstiefe

Ein wesentlicher Unterschied zwischen LiFePO4- und Blei-Säure-Batterien ist ihre Entladetiefe , die sich auf die Menge der Kapazität einer Batterie bezieht, die während eines Entladezyklus verbraucht wurde . Mit anderen Worten: Es handelt sich um den Prozentsatz der Gesamtkapazität des Akkus, der erschöpft ist.

LiFePO4-Batterien haben im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien typischerweise eine tiefere Entladungstiefe. Das bedeutet, dass LiFePO4-Akkus auf einen niedrigeren Ladezustand entladen werden können , ohne dass der Akku beschädigt oder seine Lebensdauer wesentlich verkürzt wird.

Im Allgemeinen können LiFePO4-Akkus bis zu 80–90 % ihrer Gesamtkapazität entladen werden . Dadurch eignen sie sich gut für Anwendungen, bei denen eine längere Batterielebensdauer und intensivere Zyklen wichtig sind, beispielsweise in Elektrofahrzeugen, Solarstromanlagen und Notstromsystemen.

Im Gegensatz dazu sollten Blei-Säure-Batterien nicht unter 50 % ihrer Gesamtkapazität entladen werden, um eine Beschädigung der Batterie oder eine Verkürzung ihrer Lebensdauer zu vermeiden.

Einige spezielle Arten von Blei-Säure-Batterien, wie z. B. Deep-Cycle-Batterien, können etwas tiefer entladen werden, weisen im Vergleich zu LiFePO4-Batterien jedoch im Allgemeinen immer noch eine geringere Entladetiefe auf.

Lebensdauer

LiFePO4- und Blei-Säure-Batterien weisen unterschiedliche Eigenschaften auf, wenn es um ihre Zyklenlebensdauer geht. Dies bezieht sich auf die Anzahl der Lade- und Entladezyklen, die eine Batterie durchlaufen kann, bevor sie sich zu verschlechtern beginnt.

LiFePO4-Batterien haben typischerweise eine längere Lebensdauer als Blei-Säure-Batterien. Dies liegt daran, dass LiFePO4-Akkus wiederholten Lade- und Entladezyklen besser standhalten , ohne dass es zu einer nennenswerten Verschlechterung kommt .

Blei-Säure-Batterien können eine kürzere Lebensdauer haben, wenn sie Tiefentladungen ausgesetzt sind oder nicht ordnungsgemäß gewartet werden. Dies liegt daran , dass Blei-Säure-Batterien empfindlicher auf die Entladungstiefe reagieren als LiFePO4-Batterien. Sie können eine längere Lebensdauer haben, wenn sie nicht häufig unter 50 % ihrer Kapazität entladen werden.

Während sowohl LiFePO4- als auch Blei-Säure-Batterien eine zuverlässige Energiespeicherung bieten können, bieten LiFePO4-Batterien im Allgemeinen eine längere Lebensdauer und eignen sich besser für Anwendungen, bei denen häufige Zyklen erforderlich sind. In Situationen, in denen die Batterie weniger häufig verwendet wird oder in denen die Kosten eine wichtige Rolle spielen, können Blei-Säure-Batterien eine bessere Option sein.

Ladestrom

LiFePO4-Akkus können schneller aufgeladen werden als Blei-Säure-Akkus. LiFePO4-Akkus können einen Ladestrom von bis zu 1C verarbeiten, was bedeutet, dass sie mit einem Strom geladen werden können , der ihrer Kapazität in Amperestunden (Ah) entspricht .

Beispielsweise kann ein 100-Ah-LiFePO4-Akku eine Ladeleistung von bis zu 100 A bewältigen. Im Gegensatz dazu haben Blei-Säure-Batterien normalerweise eine empfohlene Laderate zwischen 0,2 °C und 0,25 °C, was bedeutet, dass eine 100-Ah-Blei-Säure-Batterie mit einem maximalen Strom von 20–25 A geladen werden sollte.

Ladezeit

Aufgrund ihrer höheren Ladeleistung können LiFePO4-Akkus deutlich schneller aufgeladen werden als Blei-Säure-Akkus. Ein LiFePO4-Akku kann in 1–2 Stunden auf 80 % Kapazität aufgeladen werden , während ein Blei-Säure-Akku normalerweise 8–10 Stunden benötigt, um 80 % Kapazität zu erreichen .

Effizienz

LiFePO4-Batterien haben eine höhere Ladeeffizienz als Blei-Säure-Batterien, was bedeutet, dass ein größerer Teil der Energie aus der Ladequelle in der Batterie gespeichert wird und nicht als Wärme verloren geht. Dies führt zu schnelleren Ladezeiten und weniger Energieverschwendung.

Kapazität

LiFePO4-Batterien haben typischerweise eine höhere Kapazität als Blei-Säure-Batterien gleicher Größe, was bedeutet, dass sie mehr Energie speichern können. Dies liegt daran , dass LiFePO4-Batterien eine höhere Energiedichte haben , wodurch sie mehr Energie auf kleinerem Raum speichern können.

Darüber hinaus verfügen LiFePO4-Batterien im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien über eine höhere nutzbare Kapazität . Das bedeutet, dass sie einen größeren Teil ihrer Gesamtkapazität entladen können, bevor sie wieder aufgeladen werden müssen. Blei-Säure-Batterien hingegen haben eine geringere nutzbare Kapazität und sollten nicht über einen bestimmten Punkt hinaus entladen werden, da dies zu Schäden an der Batterie führen kann.

Sicherheit

Einer der Vorteile von LiFePO4-Batterien ist ihre Stabilität und Sicherheit. Sie sind weniger anfällig für Überhitzung und thermisches Durchgehen als andere Arten von Lithium-Ionen-Batterien und es ist weniger wahrscheinlich, dass sie Feuer fangen oder explodieren.

Blei-Säure-Batterien erzeugen beim Laden Wasserstoffgas , das unter bestimmten Bedingungen explosiv sein kann . LiFePO4-Akkus hingegen entwickeln beim Laden kein Gas und sind daher in dieser Hinsicht sicherer.

Blei-Säure-Batterien sind anfälliger für Auslaufen als LiFePO4-Batterien. Dies kann ein Sicherheitsrisiko darstellen, wenn der ausgelaufene Elektrolyt mit der Haut oder den Augen in Berührung kommt.

Blei-Säure-Batterien enthalten Blei und andere Schwermetalle , die giftig sein können, wenn sie auslaufen oder unsachgemäß entsorgt werden. LiFePO4-Batterien hingegen enthalten keine Schwermetalle und sind daher sicherer für die Umwelt und die menschliche Gesundheit.

Insgesamt weisen LiFePO4-Batterien im Allgemeinen ein besseres Sicherheitsprofil auf, da sie ein geringeres Risiko für thermisches Durchgehen, Gasbildung, Auslaufen und den Gehalt an giftigen Schwermetallen aufweisen.

Energiedichte

LiFePO4-Batterien haben eine Energiedichte, was bedeutet, dass sie viel Energie in einem relativ kleinen und leichten Paket speichern können. Darüber hinaus sind sie äußerst langlebig und können einer großen Anzahl von Lade- und Entladezyklen standhalten, was sie zu einer beliebten Wahl für Anwendungen macht, die eine langlebige und zuverlässige Energiespeicherung erfordern.

Allerdings sind Blei-Säure-Batterien schwer und haben eine relativ geringe Energiedichte , was bedeutet, dass sie nur eine begrenzte Energiemenge pro Gewichtseinheit speichern können. Darüber hinaus erfordern sie Wartung , wie zum Beispiel das regelmäßige Nachfüllen der Elektrolytlösung und das Reinigen der Anschlüsse.

Rundum-Effizienz

Der Round-Trip-Wirkungsgrad einer Batterie bezieht sich auf die Energiemenge, die aus einer Batterie im Verhältnis zu der in sie eingebrachten Energiemenge abgerufen werden kann .

LiFePO4-Batterien haben typischerweise einen Hin- und Rückwirkungsgrad von etwa 92–96 % , was bedeutet, dass fast die gesamte in die Batterie eingebrachte Energie zurückgewonnen werden kann. Im Gegensatz dazu haben Blei-Säure-Batterien typischerweise einen Hin- und Rückwirkungsgrad von etwa 75–85 % , was bedeutet, dass beim Laden und Entladen etwas Energie verloren geht.

Wartung

LiFePO4- und Blei-Säure-Batterien weisen hinsichtlich der Wartung erhebliche Unterschiede auf.

Wartung von LiFePO4-Batterien:

• LiFePO4-Batterien erfordern im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien sehr wenig Wartung .

• Im Gegensatz zu Blei-Säure-Batterien ist kein regelmäßiger Ausgleich oder Nachfüllen von Wasser erforderlich.

• Sie haben außerdem eine längere Lebensdauer und können in der Regel bis zu 10 Jahre oder länger halten , wodurch der Bedarf an häufigem Austausch und Wartung verringert wird.

Wartung von Blei-Säure-Batterien:

• Blei-Säure-Batterien müssen regelmäßig gewartet werden , um sicherzustellen, dass sie ihre maximale Leistung erbringen.

• Sie erfordern ein regelmäßiges Nachfüllen von Wasser , insbesondere in heißen Klimazonen oder bei starker Beanspruchung, um ein Austrocknen der Platten und die Bildung von Sulfatierung zu verhindern.

• Sie erfordern außerdem einen regelmäßigen Ausgleich , um die Spannung jeder Zelle auszugleichen und eine Über- oder Unterladung zu verhindern.

• Wenn eine Blei-Säure-Batterie nicht ordnungsgemäß gewartet wird, kann sich ihre Lebensdauer erheblich verkürzen und sie muss normalerweise alle 3 bis 5 Jahre ausgetauscht werden .

Kurz gesagt: LiFePO4-Akkus benötigen hingegen weniger Wartung und sind weniger anfällig für Schäden durch Überladung.

LiFePO4 vs. Blei-Säure-Batterie: Welche eignet sich am besten für Solarenergie?

Wenn es um die Speicherung von Solarenergie geht, gelten Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LiFePO4) im Allgemeinen als überlegen gegenüber Blei-Säure-Batterien.

LiFePO4-Batterien bieten gegenüber Blei-Säure-Batterien eine Reihe von Vorteilen, darunter eine höhere Energiedichte, eine längere Lebensdauer, eine schnellere Ladezeit und eine geringere Selbstentladungsrate. LiFePO4-Akkus sind im Allgemeinen auch langlebiger und weisen ein geringeres Risiko einer Beschädigung durch Tiefentladung oder Überladung auf. Darüber hinaus erzeugen LiFePO4-Batterien keine giftigen Gase und erfordern keine Wartung wie Blei-Säure-Batterien.

Während Blei-Säure-Batterien von vornherein möglicherweise günstiger sind, können ihre kürzere Lebensdauer und der höhere Wartungsbedarf sie auf lange Sicht letztendlich teurer machen. Darüber hinaus neigen Blei-Säure-Batterien bei extremen Temperaturen dazu, an Kapazität zu verlieren, während LiFePO4-Batterien in einem weiten Temperaturbereich effektiv funktionieren können.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Blei-Säure-Batterien zwar von vornherein günstiger sein mögen, die langfristigen Vorteile von LiFePO4-Batterien sie jedoch zur besseren Option für die Speicherung von Solarenergie machen . LiFePO4-Batterien bieten eine höhere Energiedichte, eine längere Lebensdauer, eine schnellere Ladezeit, eine geringere Selbstentladungsrate, eine längere Haltbarkeit und einen geringeren Wartungsaufwand.