Pin Lithium Ternary và Pin LFP trên ô tô điện khác nhau như thế nào?

​

Tại sao ô tô điện ngày nay thường sử dụng pin lithium?

Pin Lithium (Li-ion, Lithium Battery) được sử dụng rộng rãi vì ưu điểm nhẹ, dung lượng lớn và không bị hiệu ứng bộ nhớ. Mật độ năng lượng của pin lithium rất cao và dung lượng của chúng gấp 1.5 – 2 lần so với pin NiMH có cùng trọng lượng.

Pin Lithium cũng có tỷ lệ tự phóng điện thấp. Ngoài ra, có ít chất độc hại gây ô nhiễm môi trường hơn những loại pin khác và đây cũng là những lý do quan trọng giúp chúng được ứng dụng rộng rãi.

Pin Lithium Ternary và pin LFP khác nhau như thế nào?

Hiện tại, có hai lộ trình công nghệ pin chính trên các dòng xe điện năng lượng mới, đó là pin lithium sắt photphat (pin LFP) và pin Lithium Ternary. Mặc dù hai loại pin này cạnh tranh trong nhiều lĩnh vực ứng dụng, nhưng cạnh tranh trong lĩnh vực xe điện vẫn là chủ đạo. Và đây là hai loại pin được ứng dụng nhiều nhất của pin lithium tại thị trường xe điện Trung Quốc. 

Vì có sự cạnh tranh cao như vậy chúng ta nên có sự so sánh. Việc so sánh hiệu suất, chi phí pin và so sánh hiệu suất của pin Lithium Ternary và pin LFP loại nào tốt hơn. Chúng ta sẽ cần cần đặt điều kiện vận hành và thông số thực tế của hai loại pin để giải thích.

Theo các thử nghiệm của các phòng thí nghiệm liên quan, các nhà sản xuất xe năng lượng mới và nhà sản xuất pin xe điện, mặc dù có sự khác biệt nhỏ về các thông số cụ thể trong mỗi thử nghiệm, nhưng đánh giá về hiệu suất của hai loại pin có xu hướng nhất quán.

Do đó, chúng ta sẽ lấy các thông số chủ đạo nhất để so sánh qua 7 khía cạnh sau:

Về thành phần cấu tạo:

Pin Lithium Ternary của ô tô điện chỉ dùng một loại polymer có chứa ba nguyên tố kim loại là Lithium Nickel-Cobalt-Aluminium Oxide (NCA) hoặc Lithium Nickel-Manganese-Cobalt (NMC), là một hợp chất được sử dụng làm vật liệu cho điện cực dương pin lithium ion. Một điện cực Cacbon Graphit (than chì) có lớp nền kim loại sẽ được làm điện cực âm. Do hàm lượng niken cao của pin Lithium Ternary, dung lượng của pin có thể được tăng lên góp phần kéo dài khoảng cách về số lần sạc lại. 

Trong khi đó, Pin lithium sắt photphat là một loại pin lithium-ion Polymer sử dụng LiFePO4 làm vật liệu điện cực dương và cũng cần một điện cực âm Cacbon Graphit có lớp nền kim loại. Pin lithium sắt photphat, còn được gọi là pin LFP, là một loại pin có thể sạc lại. Loại pin này được đặc trưng bởi không có nguyên tố kim loại quý (chẳng hạn như coban, v.v.). 

Đây là loại pin Lithium an toàn nhất hiện nay trên thị trường. Nó được tạo ra để có kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ, và vòng đời có thể lên tới hàng nghìn chu kỳ.

Mật độ năng lượng:

Đây là sự khác biệt về mặt năng lượng mà pin có thể lưu trữ trên từng kilogam của bộ pin. Từ công nghệ hiện tại, mật độ năng lượng của pin Lithium Ternary nói chung là 200Wh/kg và nó có thể đạt 300Wh/kg trong tương lai. Trong khi đó pin LFP về cơ bản dao động ở mức 100-110 Wh/kg, cá biệt có thể đạt 130-150 Wh/kg, nhưng rất khó để bứt phá qua ngưỡng 200 Wh/kg. 

Do đó ta có thể kết luận rằng tế bào pin Lithium Ternary có thể cung cấp không gian năng lượng gấp đôi so với pin LFP. điều này rất quan trọng đối với những chiếc xe có kích thước nhỏ. 

Khối lượng của pin xe điện:

Do mật độ năng lượng cao nên trọng lượng pin Lithium Ternary nhỏ hơn nhiều so với pin LFP. Trọng lượng nhẹ và chiếm không gian nhỏ nên xe chạy bằng pin Lithium Ternary tiêu thụ ít điện năng hơn và có tốc độ nhanh hơn cùng với độ bền cao hơn.

Do đó, ô tô có thể chạy xa hơn với pin Lithium Ternary, trong khi các phương tiện như xe buýt, hoặc những loại taxi trong thành phố (phạm vi lái một lần không xa và có nhiều trụ sạc để sạc trong một khoảng cách ngắn) lại thường sử dụng pin LFP.

Tính an toàn của từng loại pin xe điện:

Tất nhiên, cốt lõi của việc sử dụng pin LFP trong xe buýt chở khách là dựa trên việc xem xét tính an toàn. Có nhiều vụ cháy trên xe điện. 

Lý do là:

Bộ pin bao gồm khoảng 7000 viên pin 18650 lithium-ion. Nếu có hiện tượng ngắn mạch bên trong pin của các thiết bị này hoặc toàn bộ bộ pin, thì tia lửa sẽ được tạo ra.

Trong những vụ tai nạn va chạm cực mạnh và ngắn mạch sẽ gây ra hỏa hoạn. Tuy nhiên, vật liệu của sắt photphat sẽ không cháy trong trường hợp ngắn mạch và khả năng chịu nhiệt độ cao của nó tốt hơn nhiều so với pin Lithium Ternary.

Nhiệt độ khi khởi động

Mặc dù pin Lithium Ternary có khả năng chịu nhiệt độ cao nhưng khả năng chịu nhiệt độ thấp của nó là thứ đáng được lưu tâm và đây là lý do kỹ thuật mà các nhà sản xuất pin lithium ở nhiệt độ thấp.

Ở âm 20 ° C, pin Lithium Ternary có thể giải phóng 70,14% dung lượng, trong khi pin sắt photphat chỉ có thể giải phóng 54,94% dung lượng. Hơn nữa, nền tảng phóng điện của pin lithium bậc ba cao hơn nhiều so với pin sắt photphat ở nhiệt độ thấp do nó di chuyển nhanh hơn.

Hiệu suất sạc:

Hiệu suất sạc của pin Lithium Ternary cao hơn pin LFP. Sạc pin Lithium là sử dụng phương pháp giới hạn dòng điện và điện áp, nghĩa là sạc dòng điện không đổi trong giai đoạn đầu khi dòng điện lớn và hiệu suất cao. Sau khi sạc dòng điện không đổi đạt đến một điện áp nhất định, nó sẽ bước vào giai đoạn thứ hai của quá trình sạc điện áp không đổi. Lúc này dòng điện nhỏ và hiệu suất thấp.  

Do đó, tỷ lệ dòng điện không đổi này được sử dụng để đo hiệu quả sạc của hai loại pin. Dữ liệu thử nghiệm cho thấy có rất ít sự khác biệt giữa hai loại khi sạc dưới 10 độ C, nhưng khoảng cách sẽ được mở rộng khi sạc trên mức 10 độ C.Cụ thể hơn là khi sạc ở 20 độ C, tỷ lệ dòng điện không đổi của pin Lithium Ternary là 52,75% và tỷ lệ dòng điện này lớn hơn gấp 5 lần so với pin LFP là 10,08%.

Tuổi thọ pin:

Về tuổi thọ theo chu kỳ sạc thì tuổi thọ của pin LFP tốt hơn pin Lithium Ternary. Tuổi thọ lý thuyết của pin lithium bậc ba là 2000 chu kỳ sạc, nhưng dung lượng giảm xuống còn 60% sau 1000 chu kỳ.

Ngay cả Tesla, thương hiệu tốt nhất trong ngành xe điện, cũng chỉ có thể duy trì 70% dung lượng sau 3000 chu kỳ, trong khi pin LFP có 80% dung lượng sau cùng số lần sạc tương đương.

Với sự so sánh của bảy khía cạnh trên chúng ta có thể rút ra kết luận ưu điểm của hai loại pin Lithium Ternary và pin LFP trên ô tô điện như sau: 

Pin LFP an toàn, tuổi thọ cao và chịu được nhiệt độ cao.

Pin Lithium Ternary có trọng lượng nhẹ, hiệu quả sạc cao và khả năng chịu nhiệt độ thấp. 

Khả năng thích ứng của cả hai loại pin đều có thể được áp dụng vào từng điều kiện cụ thể và đó là lý do cho sự phổ biến của cả hai loại pin trong thời đại điện hóa công nghiệp ngày càng nhanh chóng. Sẽ còn có nhiều loại pin năng lượng mới có thể thi thế pin lithium nhưng những ưu điểm mà hiện tại chúng mang lại là không thể chối từ.