Bateria i akumulator NCA » Technologia niklowo-kobaltowo-aluminiowa
Akumulatory z technologią NCA stanowią kolejną ważną grupę w dużej rodzinie akumulatorów litowych, oprócz technologii LFP lub NMC. Skrót NCA oznacza nikiel, kobalt i aluminium i opisuje skład lub związki chemiczne elektrody dodatniej akumulatora.
Podczas rozładowania na elektrodzie dodatniej zachodzi redukcja, dlatego eksperci nazywają ją również katodą. W akumulatorze NCA jako materiał katody stosuje się zatem tlenki litu, niklu, kobaltu i glinu.
Warto również zauważyć, że akumulatory NCA są bardzo blisko spokrewnione z akumulatorami NMC 811. Mają tę samą strukturę warstwową materiału katody, a także bardzo podobne zachowanie elektrochemiczne.
Z tego powodu akumulatory NMC i NCA są często grupowane razem, jeśli chodzi o bezpieczeństwo składu chemicznego lub porównanie z innymi typami ogniw litowych, takimi jak akumulatory LFP.
Struktura akumulatora NCA i jego technologia odpowiadają konwencjonalnemu akumulatorowi litowo-jonowemu. Udział procentowy poszczególnych składników katody jest bardzo podobny do akumulatora NMC 811. Jedyną różnicą jest zastosowanie aluminium zamiast manganu.
Wykorzystanie aluminium zwiększa stabilność i bezpieczeństwo cyklu. Jednak jony aluminium nie uczestniczą w procesie redukcji lub utleniania, co zmniejsza pojemność użytkową.
Podobnie jak w przypadku akumulatorów NMC, twórcy starają się jak najbardziej obniżyć wysokie koszty wytwarzania akumulatorów NCA, poprzez stosowanie stosunkowo drogiego kobaltu tylko w absolutnie niezbędnych ilościach.
To dlatego tlenki niklowo-kobaltowo-aluminiowe w akumulatorach NCA składają się w około 80% z niklu. Oprócz oszczędności kosztów, nikiel pomaga także zwiększyć poziom napięcia, a tym samym podnieść ilość energii, którą można przechowywać.
Podobnie jak wszystkie akumulatory wykorzystujące technologię litowo-jonową, również NCA mają zarówno zalety, jak i wady.
Zalety
Akumulatory z katodami NCA charakteryzują się nieco wyższą gęstością energii i jeszcze lepszym potencjałem wydajnościowym w porównaniu do akumulatorów NMC. Ponadto baterie z katodami NCA mają dobre właściwości szybkiego ładowania. To sprawia, że są one praktycznie predestynowane do zastosowania w elektromobilności.
Wady
Podobnie jak w przypadku akumulatorów NMC 811, zawartość niklu w ogniwach NCA jest bardzo wysoka i wynosi około 80%. W rezultacie cierpi na tym stabilność termiczna. Ucieczka cieplna lub nagły samozapłon, który zwykle występuje tylko w wysokich temperaturach (ok. 180 °C), może pojawić się już w temperaturze 65 °C w przypadku przeładowania.
Ze względu na wyżej wspomnianą wysoką wydajność, akumulatory z tlenkiem niklowo-kobaltowo-aluminiowym są bardzo popularne w przemyśle motoryzacyjnym.
Zwłaszcza amerykański producent Tesla wykorzystuje w swoich pojazdach akumulatory napędowe z technologią NCA obok ogniw NMC i LFP.
Stabilność cyklu (patrz następna sekcja) akumulatorów NCA nie jest tak wysoka, jak na przykład akumulatorów NMC.
To raczej wysoka gęstość energii jest powodem, dla którego ogniwa te są obecnie stosunkowo popularne.
Producenci baterii i pojazdów elektrycznych nie zawsze podają możliwą liczbę cykli ładowania swoich produktów. Dzieje się tak nie bez powodu. Ponieważ, jeśli nie operują przesadzonymi wartościami, rzeczywiste liczby mogą szybko skłonić do refleksji. W przeciwieństwie do akumulatorów z technologią NMC, przy których producenci podają liczbę cykli na poziomie około 2000, akumulatory z technologią NCA osiągają jedynie 1000 cykli. Ta wartość na pierwszy rzut oka nie wydaje się zbyt wysoka.
Jeśli jednak założymy, że samochód elektryczny z pełnym akumulatorem może przejechać dystans około 300 kilometrów, będzie to imponujące 300 000 kilometrów przy 1000 cyklach. Wartość, której wiele pojazdów z silnikiem spalinowym nie jest w stanie osiągnąć.
Akumulator nie jest jednak całkowicie rozładowywany podczas każdej podróży. Często na krótkich trasach dochodzi do wyczerpania tylko niewielkiego procentu pojemności. Jeśli akumulator jest następnie ładowany, nie jest to pełny cykl.
Aby zachować wydajność akumulatora samochodu elektrycznego przez długi czas i nie przyspieszać niepotrzebnie procesu starzenia, konieczne jest przestrzeganie zaleceń dotyczących konserwacji ogniw, które każdy producent pojazdu przekazuje swoim klientom.
Praktyczna wskazówka: stabilność cykliczna akumulatorów rozruchowych
Konwencjonalny akumulator samochodowy w pojeździe z silnikiem spalinowym wykonuje średnio około 120 cykli po całkowitym rozładowaniu. Chociaż do głównego zadania, tj. zasilania rozrusznika po uruchomieniu silnika, wymagane są wysokie prądy, stanowią one tylko ułamek wartości pojemności akumulatora, ze względu na krótki czas trwania. Gdy silnik pracuje, akumulator samochodowy jest natychmiast w pełni naładowany. Proces rozruchu nie jest w tym przypadku powtarzalny, co oznacza, że przy sprawnym akumulatorze można z powodzeniem przeprowadzić kilka tysięcy rozruchów w dłuższym okresie czasu.