Comparación de 2.5 LiFePO4 vs. Li-Iones (NMC)

En este artículo se trata de baterías de iones de litio y de fosfato de hierro de litio. Después del artículo y el video, podrá evaluar qué tipo de batería es el más adecuado para su aplicación.

Antes de entrar en las diferentes tecnologías, primero echaremos un vistazo a las diferentes formas de construcción. Hay celdas cilíndricas, celdas prismáticas y celdas tipo pouch. Dependiendo del fabricante, se pueden encontrar diferentes celdas con diferentes contenidos. Por lo tanto, la forma de construcción no necesariamente dice algo sobre el material real.

Desde el exterior, no se puede ver qué hay dentro de la batería. En el Torqeedo Travel 1103, por ejemplo, son las celdas cilíndricas. A menudo son celdas de fabricantes de marcas como Panasonic, Samsung o Sony. 

Las celdas cilíndricas tienen la mayor densidad de energía de todos los tipos. La carcasa exterior suele estar hecha de acero niquelado muy delgado. La ventaja de las celdas cilíndricas es su alta rigidez y robustez.

Sin embargo, debido a su forma redonda, las celdas no se pueden organizar de manera eficiente dentro de la carcasa y ocupan relativamente mucho espacio. Otro inconveniente son los mayores costos de producción, especialmente debido al material de la capa exterior.

En el interior de la mayoría de las LiFePO4 hay cuatro celdas prismáticas. La ventaja de tener solo 4 celdas individuales es un cableado más sencillo en el interior de la caja. Esto ahorra tiempo y dinero en la fabricación.

Debido a la forma cuadrada, el espacio se puede utilizar de manera mucho más eficiente que con una celda redonda. La carcasa de las celdas suele estar hecha de un aluminio un poco más barato. En comparación con la celda redonda, la celda prismática ocupa más espacio y, por lo tanto, la carcasa exterior también pesa más. 

En el ePropulsion Spirit 1.0 PLUS se utilizan las llamadas celdas pouch. La diferencia con otras formas es la mayor densidad de energía y la mejor utilización del espacio. Al cortar la batería, se puede observar que las celdas reales solo constituyen una pequeña parte de la batería.

La carcasa de las celdas pouch está hecha de una suave película compuesta de aluminio. Esta es, en comparación con todas las otras formas, la más ligera y compacta. La ventaja de las celdas pouch es su alta densidad de energía y bajos costos de embalaje.

Sin embargo, las celdas pouch no son tan robustas y estables en comparación con otros tipos de celdas, por lo que deben estar bien protegidas. Otra ventaja es la buena refrigeración, el calor puede escapar mucho más fácilmente de las celdas pouch que de las celdas prismáticas.

Continuando con el texto, hablamos de las baterías de litio y las diferentes tecnologías. Cuando hablamos de baterías de litio, generalmente nos referimos a las baterías de litio-ferrofosfato, o la designación química LiFePO4. 

En el interior de la batería, generalmente se encuentran estas celdas prismáticas azules. En China hay algunos grandes fabricantes, como CATL, Calb o EVE. Hablaremos de las ventajas y desventajas en un momento.

Además, existen baterías de iones de litio. Detrás de este término hay una serie de diferentes químicas de celdas. La más común es el óxido de litio-níquel-cobalto-manganeso. A menudo verá la forma abreviada NMC, Li-NMC o NCM. Pero también hay otras mezclas como el óxido de litio-níquel-cobalto-aluminio o otras variaciones. Todas tienen diferentes ventajas y desventajas.

Las baterías de iones de litio están generalmente integradas en celdas cilíndricas o celdas pouch. Por ejemplo, también en la batería del ePropulsion Spirit 1.0 PLUS o del Torqeedo Travel 1103. Por supuesto, también conoce estas baterías de iones de litio de los coches eléctricos o de las bicicletas eléctricas. También están integradas en cada laptop o smartphone.

LiFePO4 pesa un poco más. Aquí tenemos generalmente cerca de 10 kg por kWh. Li-NMC, en cambio, a veces solo pesan entre 6 o 7 kg por kWh. 3 kg más por kWh suena poco, pero son 50% más de peso.

Por eso, las baterías de iones de litio más ligeras también se utilizan en coches eléctricos o scooters eléctricos. Aquí, cada kilogramo tiene un gran impacto en la aceleración, el consumo y la autonomía. En resumen, por lo tanto, una clara ventaja para las baterías de iones de litio.

¿Cuál es la seguridad de las baterías de litio? Las baterías de LiFePO4 tienen una ventaja decisiva sobre las baterías de iones de litio: el fosfato de hierro y litio no es inflamable ni explosivo. De vez en cuando, en las noticias aparece un Tesla en llamas con batería de iones de litio, que debe ser apagado con un extintor especial.

Aunque las baterías causan significativamente menos daños en comparación con los motores de combustión, al menos se debe saber eso. Con LiFePO4, en cambio, realmente no puede pasar nada. Esto es especialmente bueno en el agua, donde las baterías solo pueden ser apagadas con dificultad o donde los bomberos pueden intervenir con dificultad. Por lo tanto, el fosfato de hierro y litio tampoco puede causar más daños ambientales.

Un papel importante en la consideración de si elegir fosfato de hierro y litio o iones de litio son los ciclos de descarga y, por lo tanto, la vida útil. Aquí hay diferencias muy grandes. LiFePO4 tiene generalmente 3.000 ciclos de carga con un 80% de descarga, las últimas baterías de LiFePO4 incluso tienen más, es decir, 4.000 o 5.000 ciclos de carga. Las baterías de iones de litio, en cambio, solo tienen alrededor de 800 a 1.000 ciclos.

Por lo tanto, debe pensar detenidamente de antemano cuántas veces se utilizará la batería. Esto tiene un impacto significativo en la selección de la tecnología de baterías. Si la batería en el barco se descarga y se recarga tal vez 50 veces al año, incluso los 1.000 ciclos de carga de una batería de iones de litio son más que suficientes para los próximos 20 años.

Si el barco se alquila durante 200 días al año, eso son 400 ciclos de carga consumidos por año. Por lo tanto, definitivamente recomendaríamos una batería de fosfato de hierro y litio.

Ahora echemos un vistazo a los precios actuales. La batería de litio de Ultiatron con 7,68 kWh cuesta desde 1.999€. Eso son solo 260€ por kWh. En marcas reconocidas, a veces es significativamente más: más bien 400 a 600€ por kWh. El precio depende del alcance de las funciones y de la cadena de suministro. Si se instala un BMS Bluetooth, la batería se puede conectar en serie o la batería puede soportar más potencia de descarga, lógicamente la batería también costará más.

Por otro lado, tenemos la batería de iones de litio del fabricante Lithimo, que cuesta 3.399€ por 6 kWh. Eso son unos bastante asequibles 580€ por kWh. Sin embargo, el estándar es, como en el Spirit 1.0 Plus, más bien un precio de 800 - 1000€ por kWh.

Las baterías de iones de litio se utilizan cuando la batería debe ser lo más ligera posible. Ya sea porque tengo un bote deslizante ligero y quiero deslizarme lo antes posible. O cuando llevo la batería regularmente, como en un bote inflable o en un bote de remos. Por ejemplo, en un motor de 1 kW con batería integrada como el Torqeedo Travel 1103 o el ePropulsion Spirit 1.0 PLUS.

En todos los demás botes de desplazamiento, no es dramático si tengo 30 kg más de peso en el bote con una batería de 10 kWh o no. En veleros, casas flotantes y botes de motor en desplazamiento, el peso no hace diferencia. Sin embargo, hay una enorme diferencia si gasto entre 3.000 y 5.000€ más por los 10 kWh. Por eso recomendamos principalmente la batería LiFePO4 para sistemas más grandes.

En resumen, se puede decir: Solo por los ciclos de carga y la mayor seguridad, las baterías LiFePO4 casi siempre se recomiendan, además se puede ahorrar bastante dinero.

Desde mi punto de vista, la ventaja más importante del fosfato de hierro y litio es el precio más bajo. Las baterías LiFePO4 están disponibles a partir de 260€ por kWh. Por ejemplo, recomendamos las baterías de Ultimatron, que son realmente muy asequibles y en parte se fabrican especialmente para nosotros.

Las baterías de iones de litio, en cambio, comienzan en 580€ y suelen costar más bien entre 800 y 1.000€ por kWh. Para los barcos de deslizamiento, generalmente las baterías de iones de litio son más adecuadas, simplemente debido al menor peso, lo que tiene un efecto positivo en el consumo y la velocidad.