NCA baterie a akumulátory » Technologie lithium-kobalt-aluminium
Zveřejněno: 10. 10. 2023 | Doba potřebná k přečtení: 3 minuty
Vedle technologie LFP nebo technologie NMC představují akumulátory s technologií NCA další důležitou skupinu v rodině lithiových akumulátorů. Zkratka NCA znamená Nikl, Cobalt a Aluminium a popisuje složení, resp. chemické sloučeniny kladné elektrody akumulátoru.
Protože na kladné elektrodě při vybíjení dochází k redukci, hovoří o ní odborníci jako o katodě. U akumulátorů NCA se tedy jako materiál katody používají oxidy lithia, niklu a kobaltu.
Další důležitá informace: Akumulátory NCA jsou velmi podobné akumulátorům NMC 811. Mají stejnou vrstvenou strukturu materiálu katody a také velmi podobné elektrochemické chování.
Z tohoto důvodu jsou akumulátory NMC a akumulátory NCA často považovány za jednu skupinu, pokud jde o bezpečnost chemického složení nebo porovnání s jinými typy lithiových akumulátorů, jako jsou akumulátory LFP.
Konstrukce akumulátoru NCA, resp. jeho technologie odpovídá konstrukci běžného akumulátoru Li-Ion. Procentuální podíl příslušných komponentů katody se velmi podobá podílu u akumulátoru NMC 811. Rozdíl je jen v tom, že se namísto manganu používá hliník.
Díky použití hliníku lze zvýšit stabilitu cyklu a bezpečnost. Ionty hliníku se ostatně nepodílejí na redukci, resp. oxidaci, čímž se snižuje využitelná kapacita.
Podobně jako u akumulátorů NMC se vývojáři pokoušejí pokud možno co nejvíce snížit vysoké náklady na akumulátory NCA tím, že používají poměrně drahý kobalt pouze v nezbytně nutném množství.
Proto oxidy niklu, kobaltu a hliníku v akumulátoru NCA bohatém na nikl sestávají jen asi z 80 % z niklu. Kromě úspory nákladů pomáhá nikl také zvyšovat úroveň napětí a tedy i množství uložitelné energie.
Základní funkce lithiových akumulátorů a také procesy při nabíjení a vybíjení jsme podrobně popsali v našem Rádci k lithiovým akumulátorům.
Stejně jako u všech akumulátorů s lithiovou technologií mají i akumulátory NCA jak výhody, tak i nevýhody.
Přednosti
V porovnání s NMC akumulátory vykazují akumulátory s chemií NCA ještě o něco vyšší energetickou hustotu a ještě větší potenciální výkon. Akumulátory s katodami NCA navíc disponují velmi dobrou schopností rychlonabíjení. Díky tomu jsou přímo předurčeny pro použití v elektromobilitě.
Nevýhody
Stejně jako u akumulátorů NMC 811 mají články NCA velmi vysoký, přibližně 80% obsah niklu. Tím trpí jejich tepelná stabilita. Tepelný únik, resp. náhle se vyskytující samozapálení, které za normálních okolností nastává až při vysokých teplotách (cca 180 °C), může při přebíjení nastat již při 65 °C.
Z důvodu již zmíněného vysokého výkonu jsou akumulátory s oxidy niklu, kobaltu a hliníku v automobilovém průmyslu velmi oblíbené.
Zejména americký výrobce Tesla u svých vozidel vsází kromě článků NMC a LFP také na akumulátory s technologií NCA.
Přitom nehraje velkou roli, že stabilita cyklu (viz následující odstavec) akumulátorů NCA není zase tak vysoká jako například u akumulátorů NMC.
Energetická hustota je důvodem, proč jsou tyto články v současnosti v oblibě.
Výrobci akumulátorů a elektromobilů u svých produktů někdy neuvádějí možný počet nabíjecích cyklů. Má to jeden dobrý důvod. Při sledování reálných čísel by nás mohlo ledacos přimět k zamyšlení. Na rozdíl od akumulátorů s technologií NMC, u kterých výrobci uvádějí počet cyklů asi 2 000, dosahují akumulátory s technologií NCA pouze 1 000 cyklů. Tento počet na první pohled nevypadá moc vysoký.
Pokud ale vezmeme v úvahu, že elektromobil s plně nabitým akumulátorem urazí vzdálenost asi 300 km, najel by při 1 000 cyklech pěkných 300 000 km. To je hodnota, které vozidlo se spalovacím motorem jen tak nedosáhne.
Dále je potřeba si uvědomit, že se akumulátor zcela nevybije při každé jízdě. Krátké jízdy často odeberou jen malé procento celkové kapacity. Při dalším dobíjení se pak už nejedná o kompletní cyklus.
Aby bylo možné výkonnost elektromobilu udržet po dlouhou dobu a pokud možno zbytečně neurychlovat jeho stárnutí, je bezpodmínečně nutné věnovat pozornost pokynům a radám k péči o akumulátor, které každý výrobce vozidla poskytuje svým zákazníkům.
Tip z praxe: Stabilita cyklu startovacích baterií
Klasická autobaterie ve vozidle se spalovacím motorem zvládne při úplném vybití v průměru asi 120 cyklů. Pro její hlavní úkol, tedy napájení startéru při startování motoru, jsou sice zapotřebí vysoké proudy, ale kvůli krátké době trvání spotřebují pouze zlomek kapacity akumulátoru. Když se motor rozběhne, autobaterie se neodkladně znovu plně nabije. Protože proces startování v takovém případě nepředstavuje cyklus, mohou baterie během delšího časového období úspěšně realizovat několik tisíc procesů startování.