EnglishBảng so sánh 4 loại pin sạc (Li-ion, NiMH, NiCD, ắc quy chì a-xít)
Pin sạc ngày nay đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống của chúng ta, thật khó tưởng tượng phải làm nhiều việc mà không có chúng. Các loại pin sạc phổ biến nhất là ắc quy axit chì, NiCd, NiMH và Li-ion. Sau đây là bảng tóm tắt ngắn gọn về đặc điểm của chúng.
- Ắc quy axit chì – Đây là loại pin sạc lâu đời nhất. Ắc quy axit chì giá thấp, bền chắc, ít hư hỏng, nhưng có năng lượng riêng thấp và số chu kỳ hạn chế. Ắc quy axit chì được sử dụng cho xe lăn, xe golf, xe chở người, đèn chiếu sáng khẩn cấp và bộ nguồn điện liên tục (UPS). Chì độc hại và không thể chôn ở bãi rác.
- Niken-cadmium (NiCd)– đã được dùng và biết đến từ lâu, NiCd được sử dụng khi cần tuổi thọ dài, dòng xả cao và làm việc trong môi trường khắc nghiệt. NiCd là một trong những loại pin bền bỉ và chắc chắn nhất; đây là loại hóa chất duy nhất cho phép sạc cực nhanh mà không gây hỏng hóc. Các ứng dụng chính là dụng cụ điện, thiết bị y tế, hàng không và UPS. Do lo ngại về môi trường, NiCd đang được thay thế bằng các loại hóa chất khác, nhưng nó vẫn giữ được vị thế chắc chắn của mình trên các ứng dụng ở máy bay do có “lý lịch an toàn” tốt.
- Nickel-metal-hydride (NiMH)– Dùng để thay thế cho NiCd vì nó chỉ chứa ít hàm lượng kim loại độc hại và có năng lượng riêng cao hơn. NiMH được sử dụng cho các dụng cụ y tế, xe hybrid và các ứng dụng công nghiệp. NiMH cũng có bán ở dạng pin sơ cấp AA và AAA cho người tiêu dùng.
- Lithium-ion – Li-ion đang thay thế nhiều ứng dụng trước đây dùng ắc quy chì và niken. Do lo ngại về an toàn, Li-ion được trang bị mạch bảo vệ. Nó đắt hơn hầu hết các loại pin khác, nhưng số chu kỳ cao và bảo trì thấp nên chi phí cho mỗi chu kỳ thấp hơn so với nhiều loại hóa chất khác.
Bảng 1 so sánh các đặc điểm của 4 loại pin sạc thông dụng, hiển thị xếp hạng hiệu suất hoạt động trung bình. Li-ion được chia thành các loại khác nhau, được đặt tên theo vật liệu hoạt động của chúng, đó là coban, mangan, phosphate và titanate.
Thiếu trong danh sách là loại pin lithium-ion-polymer (pin lá) rất phổ biến. Loại pin này có tên gọi bắt nguồn từ hệ thống phân tách và điện phân độc đáo của nó. Hầu hết đều là phiên bản lai về hóa chất và có hiệu suất tương đương với các loại pin Li-ion khác. Bảng này cũng thiếu loại pin lithium-kim loại có thể sạc lại, một loại pin mà sau khi giải quyết được các vấn đề về an toàn, có khả năng trở thành lựa chọn pin có năng lượng riêng cực cao và công suất riêng tốt. Bảng này chỉ đề cập đến pin thương mại nhỏ gọn và không bao gồm các hệ thống lớn.
| Thông số kỹ thuật | Ắc quy chì | NiCd | NiMH | Li-ion(1) | ||||
| Cobalt | Mangan | Phosphate | ||||||
| Năng lượng riêng (Wh/kg) | 30-50 | 45-80 | 60-120 | 150-250 | 100-150 | 90-120 | ||
| Điện trở trong | Rất thấp | Rất thấp | Thấp | Trung bình | Thấp | Rất thấp | ||
| Chu kỳ sạc xả (80% DoD) (2) | 200-300 | 1,000 (3) | 300-500 | 500-1,000 | 500-1,000 | 1000-2000 | ||
| Thời gian sạc (4) | 8-16h | 1-2h | 2-4h | 2-4h | 1-2h | 1-2h | ||
| Khả năng chịu sạc quá mức | Cao | Trung bình | Thấp | Thấp; không cắm sạc khi pin đã đầy. | ||||
| Tự xả /hàng tháng (tại nhiệt độ phòng) |
0.05 | 20% (5) | 30% (5) | <5% (mạch BMS tiêu thụ 3% / tháng) | ||||
| Điện áp danh định | 2V | 1.2V (6) | 1.2V (6) | 3.6V (7) | 3.7V (7) | 3.2-3.3V | ||
| Điện áp cắt sạc (V/cell) | 2.40 | Phát hiện sạc đầy | 4.20 điển hình | 4.2 (một số có thể cao hơn) | 3.60 | |||
| Điện áp cắt xả (V/cell) | 1.75V | 1.00V | 2.50-3.00V | 2.5 – 3V | 2.50V | |||
| Dòng tải cục bộ tối đa | 5C (8) | 20C | 5C | 2C | 30C | 30C | ||
| Nhiệt độ sạc | -20 đến 50°C | 0 đến 45°C | 0 đến 45°C | 0 đến 45°C (9) | ||||
| Nhiệt độ xả | -20 đến 50°C | -20 đến 65°C | -20 đến 65°C | -20 đến 60°C | ||||
| Yêu cầu bảo trì | 3-6 tháng, pp quá sạc (10) | Xả hoàn toàn 90 ngày/ lần | Xả hoàn toàn 90 ngày/ lần | Không cần bảo trì | ||||
| Yêu cầu an toàn | Ổn định nhiệt | Ổn định nhiệt, bảo vệ cầu chì | Ổn định nhiệt, bảo vệ cầu chì | Mạch bảo vệ bắt buộc (11) | ||||
| Ứng dụng được phát triển từ: | Cuối thế kỷ 1800 | 1950 | 1990 | 1991 | 1996 | 1999 | ||
| Độc tính | Rất cao | Rất cao | Thấp | Thấp | ||||
| Hiệu suất Coulombic (12) | ~90% | ~70% sạc chậm ~90% sạc nhanh |
~70% sạc chậm ~90% sạc nhanh |
99% | ||||
| Chi phí | Thấp | Trung bình | Trung bình | Cao (13) | ||||
- Kết hợp coban, niken, mangan và nhôm làm tăng mật độ năng lượng lên tới 250Wh/kg.
- Tuổi thọ pin phụ thuộc vào độ xả sâu (DoD). DoD nông – sạc xả bán phần – kéo dài tuổi thọ.
- Tuổi thọ pin cũng phụ thuộc việc việc pin được bảo dưỡng thường xuyên hay không để ngăn ngừa hiện tượng “bộ nhớ”.
- Pin sạc cực nhanh được sản xuất cho mục đích đặc biệt.
- Hệ số Tự xả đạt cao nhất ngay sau khi sạc. NiCd mất 10% trong 24 giờ đầu tiên, sau đó giảm xuống 10% sau mỗi 30 ngày. Nhiệt độ cao và tuổi thọ pin cũng làm tăng khả năng tự xả.
- 1,25V là thông số trước đây; 1,20V phổ biến hơn.
- Nhà sản xuất có thể viết định mức điện áp cao hơn do điện trở bên trong thấp (chủ yếu phục vụ mục đích marketing).
- Có khả năng tạo xung dòng điện cao; cần thời gian để phục hồi.
- Không sạc pin Li-ion dưới mức đóng băng.
- Bảo trì có thể ở dạng cân bằng (equalize) hoặc sạc thêm (topping charge)* để ngăn ngừa sunfat hóa.
- Mạch bảo vệ sẽ ngắt khi điện áp xuống dưới khoảng 2,20V và trên 4,30V trên hầu hết pin Li-ion; pin lithium-sắt-phosphate có các thông số này khác một chút.
- Hiệu suất coulomb cao hơn khi sạc nhanh hơn (một phần là do lỗi tự xả).
- Pin Li-ion có chi phí đơn vị cho mỗi chu kỳ hoạt động thấp hơn ắc quy axit chì.
* Sạc thêm (Topping charge) được ứng dụng trên ắc quy đang hoạt động hoặc đang lưu kho để duy trì sạc đầy , tránh tình trạng sun phát hóa.
