2.5 LiFePO4 vs. Li-ion (NMC) vertailussa

Tässä artikkelissa käsitellään litiumioni- ja litiumrautafosfaattiakkuja. Artikkelin ja videon jälkeen osaat arvioida, mikä akkutyppi sopii parhaiten käyttötarkoitukseesi.

Ennen kuin siirrymme yksittäisiin teknologioihin, tarkastellaan ensin erilaisia rakenne-muotoja. On olemassa sylinterimäisiä kennoja, prismakennoja ja pussikennoja. Valmistajasta riippuen löytyy erilaisia kennoja erilaisilla sisällöillä. Rakenne-muoto ei siis välttämättä kerro mitään itse materiaalista.

Ulkoapäin et näe akuista, mitä niiden sisällä on käytetty. Esimerkiksi Torqeedo Travel 1103:ssa on sylinterimäiset kennot. Usein nämä kennot ovat merkkivalmistajien, kuten Panasonicin, Samsungin tai Sonyn valmistamia. 

Pyöreillä kennoilla on kaikista tyypeistä suurin energiatiheys. Ulkokuori on yleensä hyvin ohutta nikkelöityä terästä. Pyöreiden kennojen etuna on korkea jäykkyys ja kestävyys.

Pyöreän muodon vuoksi kennoja ei kuitenkaan voida järjestää kotelon sisälle tehokkaasti, ja ne vievät suhteellisen paljon tilaa. Toinen haittapuoli ovat korkeammat tuotantokustannukset, erityisesti ulkokuoren materiaalin vuoksi.

Suurimmassa osassa LiFePO4-akkuja on sisällä neljä prismaattista kennoa. Vain neljän yksittäisen kennon etuna on helpompi kytkentä laatikon sisällä. Tämä säästää aikaa ja rahaa valmistuksessa.

Nelikulmaisen muodon ansiosta tila voidaan hyödyntää paljon tehokkaammin kuin pyöreässä kennossa. Kennojen kuori on useimmiten hieman edullisempaa alumiinia. Verrattuna pyöreään kennoon prismaattinen kenno vie kuitenkin enemmän tilaa ja ulkokuori painaa myös enemmän. 

ePropulsion Spirit 1.0 PLUS -moottorissa käytetään niin sanottuja pouch-kennoja. Erona muihin muotoihin on korkein energiatiheys ja paras tilankäyttö. Kun akkua tarkastelee leikattuna, huomaa, että varsinaiset kennot muodostavat vain pienen osan akusta.

Pouch-kennojen kuori koostuu pehmeästä alumiinikomposiittikalvosta. Tämä on kaikista muodoista kevyin ja kompaktein. Pouch-kennojen etuna on korkea energiatiheys ja alhaiset pakkauskustannukset.

Pouch-kennot eivät kuitenkaan ole yhtä kestäviä ja tukevia kuin muut kennotyypit, joten ne tulisi suojata hyvin. Toinen etu on hyvä jäähdytys, sillä lämpö pääsee pouch-kennoista paljon helpommin ulos kuin prismakennoista.

Tekstissä jatketaan litiumakkujen ja eri teknologioiden parissa. Kun puhumme litiumakuista, tarkoitamme yleensä litium-rautafosfaattiakkuja eli kemialliselta nimeltään LiFePO4. 

Akun kotelossa on yleensä nämä siniset prismamaiset kennot. Kiinassa on muutamia suuria valmistajia, esimerkiksi CATL, Calb tai EVE. Etuihin ja haittoihin palaamme pian.

Lisäksi on olemassa litiumioniakut. Tämän käsitteen taakse kätkeytyy useita erilaisia kennokemioita. Yleisimmin kyseessä on litium-nikkeli-koboltti-mangaanioksidi. Usein näet lyhenteet NMC, Li-NMC tai NCM. On kuitenkin myös muita sekoituksia, kuten litium-nikkeli-koboltti-alumiinioksidi tai muita muunnelmia. Kaikilla on omat etunsa ja haittansa.

Litiumioniakut ovat useimmiten integroituna sylinterimäisiin kennoihin tai pussikennoihin. Esimerkiksi myös ePropulsion Spirit 1.0 PLUS:n tai Torqeedo Travel 1103:n akussa. Tunnet nämä litiumioniakut tietysti myös sähköautoista tai sähköpyöristä. Myös jokaisessa kannettavassa tietokoneessa tai älypuhelimessa nämä akut ovat käytössä.

LiFePO4 on hieman painavampi. Yleensä painoa kertyy noin 10 kg per kWh. Li-NMC-akut taas painavat usein vain 6–7 kg per kWh. 3 kg enemmän per kWh kuulostaa vähältä, mutta se on kuitenkin 50 % enemmän painoa.

Siksi kevyempiä litiumioniakkuja käytetään myös sähköautoissa ja sähköskoottereissa. Jokaisella kilolla on suuri vaikutus kiihtyvyyteen, kulutukseen ja toimintamatkaan. Kokonaisuutena siis selkeä etu litiumioniakuille.

Miten on litiumakkujen turvallisuuden laita? LiFePO4-akut tarjoavat merkittävän edun litiumioniakkuihin verrattuna: litium-rautafosfaatti ei ole syttyvää eikä räjähdysherkkää. Uutisissa nähdään silloin tällöin palava Tesla, jossa on litiumioniakku, joka täytyy sammuttaa erityisellä sammuttimella.

Vaikka akut aiheuttavat suhteessa huomattavasti vähemmän vahinkoja kuin polttomoottorit, tämä on hyvä tietää. LiFePO4-akkujen kohdalla ei kuitenkaan voi oikeastaan tapahtua mitään vaarallista. Tämä on erityisen hyvä vesillä, missä akkuja on vaikea sammuttaa tai palokunnan on vaikea puuttua tilanteeseen. Litium-rautafosfaatilla ei siis aiheudu lisäympäristövahinkoja.

Purkaussyklit ja siten akun käyttöikä ovat erittäin tärkeitä tekijöitä pohdittaessa, valitaanko litium-rautafosfaatti vai litiumioniakku. Tässä on osittain hyvin suuria eroja. LiFePO4-akuilla on yleensä 3 000 lataussykliä 80 % purkautumisella, uusimmilla LiFePO4-akuilla jopa enemmän, eli 4 000 tai 5 000 lataussykliä. Litiumioniakuilla on sen sijaan vain noin 800–1 000 sykliä.

Sinun kannattaa siis etukäteen harkita tarkkaan, kuinka usein akkua aiotaan käyttää. Tällä on merkittävä vaikutus akun teknologian valintaan. Jos akku puretaan ja ladataan veneessä esimerkiksi 50 kertaa vuodessa, riittävät litiumioniakun 1 000 lataussykliä helposti seuraavaksi 20 vuodeksi.

Jos vene on vuokraveneenä käytössä 200 päivänä vuodessa, se tarkoittaa 400 käytettyä lataussykliä vuodessa. Suosittelemme tällöin ehdottomasti litium-rautafosfaattiakkua.

Katsotaanpa nyt nykyisiä hintoja. Ultiatronin litiumakku, jonka kapasiteetti on 7,68 kWh, maksaa alkaen 1.999€. Se tekee vain 260€ per kWh. Tunnettujen merkkien kohdalla hinta on usein huomattavasti korkeampi: pikemminkin 400–600€ per kWh. Hinta riippuu ominaisuuksista ja toimitusketjusta. Jos akussa on Bluetooth-BMS, se voidaan kytkeä sarjaan tai akku kestää suurempaa purkaustehoa, on akku luonnollisesti myös kalliimpi.

Toisella puolella meillä on Lithimon valmistama litiumioniakku, jonka 6 kWh maksaa 3.399€. Se tekee kuitenkin melko edulliset 580€ per kWh. Standardi on kuitenkin, kuten Spirit 1.0 Plus -mallissa, pikemminkin 800–1000€ per kWh.

Litiuioniakut käytetään silloin, kun akun tulee olla mahdollisimman kevyt. Esimerkiksi jos minulla on kevyt liukuva vene ja haluan päästä mahdollisimman aikaisin liukuun. Tai jos kannan akkua säännöllisesti mukana, kuten kumiveneessä tai soutuveneessä. Esimerkiksi 1 kW moottorissa, jossa on integroitu akku, kuten Torqeedo Travel 1103 tai ePropulsion Spirit 1.0 PLUS.

Kaikissa muissa uppoumarunkoisissa veneissä ei ole merkitystä, onko veneessä 10 kWh akulla 30 kg enemmän painoa vai ei. Purjeveneissä, asuntoveneissä ja uppoumarunkoisissa moottoriveneissä painolla ei ole väliä. Sen sijaan on valtava ero, maksaako 10 kWh akku 3 000–5 000 € enemmän. Siksi suosittelemme suuremmissa järjestelmissä pääasiassa LiFePO4-akkua.

Yhteenvetona voidaan todeta: Pelkästään lataussyklien ja korkeamman turvallisuuden vuoksi LiFePO4-akkuja kannattaa melkein aina suositella, lisäksi niiden avulla voi säästää huomattavasti rahaa.

Mielestäni tärkein etu litium-rautafosfaatissa on edullisempi hinta. LiFePO4-akkuja on saatavilla meiltä jo 260 € per kWh. Suosittelemme esimerkiksi Ultimatronin akkuja, jotka ovat todella kohtuuhintaisia ja joita valmistetaan osittain erityisesti meille.

Litiumioniakut sen sijaan alkavat 580 eurosta ja maksavat yleensä jopa 800–1 000 € per kWh. Liukuveneisiin sopivat useimmiten paremmin litiumioniakut, yksinkertaisesti kevyemmän painon vuoksi, mikä vaikuttaa positiivisesti kulutukseen ja nopeuteen.