Maximizando o desempenho com baterias LiFePO4: uma comparação com baterias de chumbo

Escolher a bateria certa é crucial para muitas aplicações, como sistemas de energia solar, veículos elétricos e aplicações marítimas. Dois dos tipos de bateria mais populares são as baterias de LiFePO4 e as baterias de chumbo-ácido. Neste artigo, examinamos as diferenças entre as baterias de LiFePO4 e as baterias de chumbo-ácido e argumentamos por que a LiFePO4 é a melhor opção.

Aviso: Todos os dados foram obtidos da Power. Rainha Laboratório.

Exemplo de produto:

LFP-50: Power Queen 12,8V 50Ah LiFePO4 Bateria

LFP-100: Power Queen 12,8V 100Ah Bateria LiFePO4

Resumo da comparação:

bateriatipo	bateria de chumbo-ácidon		LiFePO4 Bbaterias
	VRLA-50AH	VRLA-100AH	12V 50Ah	12V 100Ah
Densidade de energia	baixo	baixo	3 apenas mais alto como bateria de chumbo-ácido	3 apenas mais alto como bateria de chumbo-ácido
Resistência interna e auto-alta	alto	alto	baixo	baixo
avaliar descarga	ruim	ruim	bom	bom
Tolerância à temperatura	ruim	ruim	bom	bom
vida	300	300	4000	4000

Densidade energética – comparação de peso, tamanho e capacidade

Ao selecionar uma bateria, o peso e o tamanho são fatores importantes a serem considerados, especialmente em aplicações onde a mobilidade é crucial. Esta comparação examina o peso, as dimensões, as especificações do modelo e a densidade de energia das baterias VRLA e LFP.

Bateria por	Peso(kg)	Dimensão(cm3)	Modelo	Densidade energética (Ah/kg)
VRLA-50	15.15	23*13,8*21,1	12V55Ah	3,63
VRLA-100	27,40	33*17,1*21,4	12V 100Ah	3,65
VRLA2-100	28.11	33*17,1*21,4	12V 100Ah	3,56
LFP-50	4,98	17*19*17	12V 50Ah	10.04
LFP-100	9,85	32*17*21	12V 100Ah	10,15

Nesta comparação, analisamos cinco baterias diferentes: VRLA-50AH, VRLA-100AH, VRLA2-100AH, LFP-50AH e LFP-100AH. O peso dessas baterias variou de 4,98 kg para a LFP-50AH a 27,4 kg para a VRLA-100AH. As dimensões das baterias também variaram, com tamanhos que vão de 17 x 19 x 17 cm para a LFP-50AH a 33 x 17 x 21,4 cm para a VRLA-100AH ​​e VRLA2-100AH.

As especificações dos modelos também diferiam entre as baterias, com valores de tensão e capacidade variando de 12V 50Ah para a LFP-50 AH a 12V 100Ah para as baterias VRLA-100 AH e LFP-100 AH. Por fim, comparamos a densidade de energia de cada bateria em Ah/kg, com as baterias LFP apresentando densidades de energia significativamente maiores do que as baterias VRLA. Em suma, ao selecionar uma bateria, é importante considerar tanto o peso quanto a densidade de energia para garantir que a bateria seja adequada para sua aplicação específica.

Comparação de capacidade de vazão

A capacidade de descarga em taxa refere-se à quantidade máxima de corrente que uma bateria pode descarregar durante um período específico, geralmente expressa em amperes (A) ou como um múltiplo da capacidade da bateria, por exemplo, C/10 ou C/20. Ela representa a capacidade da bateria de fornecer energia a uma determinada taxa, com taxas mais altas correspondendo a uma descarga mais rápida e taxas mais baixas a uma descarga mais lenta. A capacidade de descarga em taxa é uma característica de desempenho importante de uma bateria, especialmente para aplicações que exigem alta potência, como veículos elétricos ou ferramentas elétricas.

Em comparação com as baterias LFP, as baterias LA apresentam uma estabilidade de tensão significativamente inferior durante a descarga em altas taxas.

Cada curva no diagrama ilustra o efeito de uma descarga a uma taxa de 0,2 C na estabilidade da tensão, com a tensão da bateria de chumbo-ácido caindo rapidamente e a bateria LFP apresentando uma estabilidade muito maior.

Comparação da resistência interna e da autodescarga

A resistência interna é uma propriedade importante de uma bateria que pode afetar seu desempenho. Quando uma bateria está em uso, o fluxo de corrente elétrica gera calor em seu interior devido à resistência que ela oferece. Esse calor pode levar a perdas de energia e reduzir a eficiência geral da bateria. Uma resistência interna mais alta também significa que é necessária mais energia para impulsionar a mesma quantidade de corrente através da bateria, o que pode levar a uma queda de tensão e a uma redução na capacidade da bateria.

	VRLA-50	VRLA-100	VRLA2-100	LFP-50	LFP-100
Resistência interna (mΩ)	7,95	5.23	4.553	1	1

Podemos observar que as baterias de chumbo-ácido possuem uma resistência interna muito alta. Essa alta resistência interna se deve ao seu projeto e composição química. As placas internas da bateria são feitas de chumbo, que possui condutividade relativamente baixa em comparação com outros metais, como o cobre. Além disso, o eletrólito utilizado nas baterias de chumbo-ácido é uma solução diluída de ácido sulfúrico, que apresenta uma resistência relativamente alta em comparação com outros tipos de eletrólitos. Esses fatores contribuem para a alta resistência interna geral das baterias de chumbo-ácido, o que pode impactar negativamente seu desempenho e eficiência.

A autodescarga é outro fator importante que afeta o desempenho da bateria. Mesmo quando não está em uso, uma bateria perde gradualmente sua carga devido a reações químicas internas. A taxa de autodescarga pode variar dependendo do tipo e da idade da bateria, bem como de outros fatores, como temperatura e condições de armazenamento. A autodescarga pode ser um problema para dispositivos que não são usados ​​com frequência, pois a bateria pode perder sua carga antes de poder ser usada novamente. Ela também pode reduzir a capacidade geral da bateria ao longo do tempo, o que pode afetar seu desempenho e vida útil.

tipo		dia 1	dia 6	dia 11	dia 16	dia 21	dia 26	dia 31
VRLA	50	13.20	13,18	13,16	13,15	13,15	13,14	13,15
	100	13.24	13.20	13,17	13,15	13.11	13.07	13.05
PQ	50	13.27	13.27	13.27	13.26	13.26	13,25	13,25
	100	13.20	13.20	13.20	13,19	13.20	13,19	13,19

De acordo com os dados, as baterias LiFePO4 apresentam resistência interna e autodescarga significativamente menores do que as baterias de chumbo-ácido. Essas propriedades contribuem para a capacidade superior e a maior vida útil das baterias LiFePO4.

Comparação da tolerância à temperatura

A tolerância à temperatura refere-se à faixa de temperatura na qual uma bateria pode operar com segurança e eficácia. As baterias são sensíveis à temperatura, e calor ou frio extremos podem afetar significativamente seu desempenho e vida útil.

Se uma bateria for exposta a temperaturas fora da sua faixa especificada, isso pode levar a danos irreparáveis ​​aos componentes internos, redução da capacidade, menor vida útil e até mesmo riscos à segurança, como vazamento ou explosão. Geralmente, altas temperaturas podem acelerar as reações químicas dentro da bateria, resultando em degradação mais rápida e desempenho reduzido, enquanto baixas temperaturas podem retardar as reações químicas, tornando a bateria menos eficiente e reduzindo sua capacidade.

Portanto, ao selecionar e usar baterias, é importante considerar a tolerância à temperatura do tipo específico de bateria e garantir que ela opere dentro da faixa de temperatura recomendada. Isso pode ajudar a prolongar a vida útil da bateria e manter seu desempenho e segurança ao longo do tempo.

Vejamos agora uma comparação entre esses dois tipos de bateria:

tipo	VRLA-100Ah	VRLA-50Ah	LFP-100	LFP-50
Tensão inicial	13.05	13,15	13,19	13,19
80°C 10 minutos	13,03	13,13	13,19	13,19
25°C10 minutos	13,03	13,14	13,19	13,20
80°C 10 minutos	13,01	13,11	13,19	13,20
25°C10 minutos	13,00	13,11	13,20	13,20
80°C 10 minutos	12,58	13,09	13,20	13,20
25°C10 minutos	12,57	13,10	13,20	13,20

A bateria LiFePO4 possui maior tolerância à temperatura em comparação com as baterias de chumbo-ácido.

Teste de impermeabilidade

A impermeabilização significa que a bateria foi projetada para resistir a danos causados ​​pelo contato com água ou outros líquidos.Uma bateria à prova d'água é menos suscetível à corrosão, curtos-circuitos ou outros problemas que poderiam danificá-la quando exposta à umidade. No entanto, é importante observar que as baterias à prova d'água não são completamente imunes a danos causados ​​pela água e ainda devem ser manuseadas com cuidado em ambientes úmidos.

Enxágue a bateria com água em ambos os lados durante 10 minutos e, em seguida, meça a voltagem antes e depois.

As baterias de chumbo-ácido apresentam baixa estabilidade de tensão antes e depois do carregamento.

Capacidade de ciclo em alta temperatura

Um ciclo de alta temperatura refere-se à exposição de uma bateria a temperaturas acima da sua faixa de operação recomendada por um período prolongado. Isso pode acelerar a degradação da bateria, resultando em capacidade reduzida e vida útil mais curta. Também pode aumentar o risco de acidentes como vazamentos, fugas ou até mesmo descontrole térmico. Agora, vamos colocar as baterias a 55 °C (131 °F) para ver como elas se comportam.

Conclusão: A estabilidade de ciclo das baterias de chumbo-ácido é muito pior do que a das baterias de chumbo-ácido fotônicas.

A capacidade é representada pela curva azul e a saúde pela curva vermelha.

Nosso modelo de estimativa de bateria sugere que uma bateria com um estado de saúde (SOH) de 80% pode durar até 300 ciclos em uso normal, enquanto uma bateria LFP pode durar até 4000 ciclos.

Consideramos inaceitável, de acordo com nossos padrões, uma bateria com menos de 80% de SOH (estado de saúde) seja considerada inaceitável.

Experimento que envolve a desmontagem para observar a estrutura interna.

bateria de chumbo-ácido

A bateria LA praticamente não possui proteção interna; a válvula de ar é apenas uma capa de borracha que pode ser facilmente removida, e não há proteção entre as células individuais.

A remoção da capa de borracha azul expõe o terminal interno e o eletrólito diretamente. Não há proteção interna.

Bateria LFP

Dentro da bateria LFP existem dispositivos de proteção estrutural, como placas de proteção e enchimento de espuma com diversas funções, e a estrutura interna de cada célula individual possui proteção contra curto-circuito.

Conclusão

Em resumo, as baterias LiFePO4 são uma excelente opção para alimentar aplicações marítimas, como motores de pesca, veículos elétricos como trailers e sistemas de energia solar. Elas oferecem diversas vantagens em relação às baterias de chumbo-ácido, incluindo menor peso, maior vida útil, carregamento mais rápido, melhor desempenho, segurança e operação livre de manutenção. Embora possam ser mais caras inicialmente, seu desempenho superior e maior vida útil as tornam uma opção mais econômica a longo prazo. Se você está planejando substituir a bateria do seu motor de pesca ou do seu trailer, investir em uma bateria LiFePO4 pode ser uma ótima escolha.