تُستخدم البطاريات الليثيومية كوسيلة لتخزين الطاقة في أنظمة تخزين الطاقة التجارية والصناعية، ويعتمد فعالية الحلول وتكاليفها واستدامتها على كفاءة تشغيل البطاريات. بالنسبة للشركات التي تركز على توفير طاقة مستقرة، فإن التحدي التقني المتمثل في إطالة عمر دورة البطاريات الليثيومية أمر بالغ الأهمية للاستخدام السليم بيئيًا للطاقة.

بصفتها أول شركة في القطاع ومجال التخزين التجاري للطاقة تساعد وتشهد تطور تقنية تخزين الطاقة بالبطاريات الليثيومية من الجيل الأول إلى الجيل الرابع، قامت شركة أوريجوتيك المحدودة بتخصيص حلول طاقة بناءً على 16 عامًا من الخبرة العميقة في مجال الصناعة والتخزين التجاري للطاقة. وبذلك ساعدت في تحقيق التوازن بين متطلبات الطاقة وعمر البطارية في تطبيقات تسوية القمم، وتوفير الطاقة الاحتياطية، ومحطات الطاقة الافتراضية، إضافة إلى تحسينات ذكية في أداء بطاريات التخزين. في هذه المقالة، سيتم دمج الممارسات الصناعية والابتكارات التكنولوجية لرسم مخطط للعوامل الأساسية التي تقلل من عمر الدورة للبطاريات الليثيومية والممارسات الصناعية المتعلقة بعمر الدورة.

1. العوامل الأساسية المؤثرة على عمر دورة البطارية الليثيومية

يُعرَّف عمر الدورة للبطارية الليثيومية على أنه عدد دورات الشحن والتفريغ التي يمكن أن تخضع لها البطارية قبل أن تصل سعتها إلى 80٪ من سعتها الأصلية. هناك معيار صناعي بنسبة 80٪ لتحديد قدرة عمر الدورة. توجد مجموعة من الجوانب المترابطة المتعلقة بهذه المقاييس، وإمكانية التعبير بدقة عن الجوانب المختلفة لهذه المقاييس تُعد أساسية لتمديد عمر البطارية.

1.1 تدهور مادة الإلكترود

القطب الموجب والقطب السالب للبطاريات الليثيومية هما الموقعان الأساسيان لتدخل وخروج أيونات الليثيوم. ومع العديد من الدورات، تنهار البنية البلورية لمادة القطب (مثل أكسيد الليثيوم-الكوبالت، أو فوسفات الليثيوم-الحديد)، ويقل عدد أيونات الليثيوم المتاحة. على سبيل المثال، في سيناريو الشحن بالتيار العالي على المدى الطويل للمنتجات التجارية للتخزين энерجي، يتم تسريع تكوّن ما يُعرف بـ"الليثيوم الميت" على القطب السالب. ويُقصد بـ"الليثيوم الميت" أيونات الليثيوم التي لا يمكن أن تعود إلى التدخل في القطب الموجب، مما يؤدي إلى تناقص كبير في سعة البطارية وعمرها الدوري.

1.2 أخطاء في إدارة الشحن والتفريغ

واحدة من أكثر الأسباب شيوعًا لتقلص عمر البطارية هي إعداد معلمات الشحن والتفريغ بشكل غير صحيح. يمكن أن يؤدي الشحن الزائد (فقدان التحكم في الجهد) إلى تحلل الإلكتروليت وكذلك أكسدة مواد القطب، كما أن التفريغ الزائد (فقدان التحكم تحت جهد القطع) يتسبب في تضرر القطب السالب بأضرار لا يمكن إصلاحها. في المواقف الواقعية، تتجاهل بعض الشركات التطابق بين مواصفات البطارية ومعدات شحن البطارية، مما يؤدي إلى حالات الشحن أو التفريغ الزائدين. ويكون هذا الوضع ضارًا بوجه خاص بالعمر الدوراني لأنظمة البطاريات المثبتة للأغراض الصناعية والتجارية.

1.3 تقلبات درجات حرارة البيئة

التحكم في درجة الحرارة هو ميزة مهمة في أنظمة بطاريات الليثيوم. عندما تتجاوز درجة الحرارة 45°م، تصبح الكهارل في البطارية شديدة السيولة وتحدث تفاعلات جانبية تشمل تحلل الكهارل غير المرغوب فيه وتآكل الأقطاب. وفي الطرف المقابل، في الظروف التي تكون فيها درجة الحرارة أقل من 0°م، تتجمد حركة أيونات الليثيوم ويكون التداخل غير كامل، مما يؤدي إلى زيادة المقاومة الداخلية. في الحالات القصوى لأنظمة البطاريات التي لا يتم التحكم في درجة حرارتها، يمكن أن يقل عمر دورة البطارية بنسبة تتراوح بين 30٪ و50٪، وهي مشكلة كبيرة تواجه تطبيقات تخزين الطاقة والتطبيقات الصناعية والتجارية نظرًا لتنوع الجغرافيا المختلفة.

2. الاستراتيجيات التقنية لتعظيم عمر دورة بطارية الليثيوم

قامت شركة أوريجوتيك المحدودة بدمج جهود التحسين الناتجة عن العوامل المذكورة أعلاه في مجال البحث والتطوير وتصميم منتجاتها من أنظمة تخزين الطاقة الصناعية والتجارية من الجيل الرابع. وتستهدف هذه الاستراتيجيات تحسين عمر دورة البطارية مع الحفاظ على الثبات تحت سيناريوهات التشغيل المعقدة.

2.1 تحسين تركيبة مواد الإلكترود

بالنسبة للمنتجات من الجيل الرابع، قمنا بتغيير نسب مواد الإلكترود من خلال إضافة كميات ضئيلة من النيوبيوم إلى الإلكترود الموجب لتعزيز استقرار البنية البلورية، كما تم تطبيق طبقة تغليف كربونية مسامية على الإلكترود السالب لتقليل تكوّن ما يُعرف بـ"الليثيوم الخامل". وقد أسفر ذلك عن زيادة تزيد عن 20٪ في عمر الدورة لبطارياتنا الخاصة بتخزين الطاقة الصناعية والتجارية مقارنة بالجيل الثالث، حيث تجاوزت الآن 6,000 دورة في ظل ظروف الشحن والتفريغ القياسية.

2.2 تنفيذ إدارة ذكية للشحن والتفريغ

بالنسبة للتطبيقات الصناعية والتجارية، قمنا بتخصيص نظام إدارة الشحن والتفريغ (C&DMS) الذي يحدد ويكيّف بشكل مستقل معايير التيار والجهد لأي حالة شحن (SOC) ولأي سيناريو حراري.
• أثناء الشحن، عندما تصل حالة الشحن (SOC) إلى 80٪ أو أكثر، يتم التحويل إلى وضع التيار الثابت لمنع الشحن الزائد.
• أثناء التفريغ، يتم قطع الدائرة عندما تنخفض حالة الشحن (SOC) إلى 20٪ أو أقل لمنع التفريغ المفرط.
• يتم دمجه للتواصل في الوقت الفعلي مع نظام إدارة الطاقة ومع تقنية تقليل القمة المُحسّنة حسب حالة الشحن (SOC)، بهدف تحسين استراتيجية التفريغ والشحن لعمليات محطة الطاقة الافتراضية المجدولة.

2.3 اعتماد تقنية التحكم النشط في درجة الحرارة

جميع أنظمتنا للتخزين الصناعي والتجاري للطاقة تمتلك خصائص تسوية درجات الحرارة. وبالتالي، فإن أنظمة تخزين الطاقة هذه مزودة بنظام نشط ثنائي الوضع للتحكم في درجة الحرارة، مع ميزات التبريد والتسخين.
• في الظروف ذات درجات الحرارة العالية، يحافظ التبريد باستخدام مبادل حراري سائل خاضع للتحكم في درجة الحرارة على بطارية ضمن مدى حرارة يتراوح بين 25 و35°م.
• في الظروف ذات درجات الحرارة المنخفضة، تقوم سخانة PTC مع مبادل حراري بتسخين البطارية والحفاظ على درجة حرارتها فوق 5°م. وبشكل محدد، قبل الشحن، يتم تسخين البطارية حتى تتجاوز 5°م بشكل طبيعي، مما يسمح بحدوث عملية إدخال الليثيوم (lithi intercalation).

هذا يعزز بشكل كبير عمر وموثوقية الأنظمة في ظروف الحرارة القصوى ومحيطها.

3. تطبيق استراتيجيات تمديد العمر في أنظمة تخزين الطاقة الصناعية والتجارية

بالنسبة للاستخدام المستدام للطاقة في السيناريوهات الصناعية والتجارية، فإن البطاريات طويلة العمر ليست سوى جزء من المعادلة. بل يعد دمج إدارة البطارية وإدارة الطلب على الطاقة أمراً أساسياً. وقد تم التحقق من ذلك من قبل شركة Origotek Co., Ltd. من خلال عدة أمثلة لاستخدام العملاء.

على سبيل المثال، في مشروع محطة الطاقة الافتراضية بنظام تخزين الطاقة القابل للتخصيص في شاندونغ (10 ميجاواط ساعة)، كان لتحسين استراتيجيات عمر البطارية فرقًا كبيرًا. وبفضل نظام إدارة البطارية الذكي ونظام التحكم في درجة الحرارة، تم الحفاظ على دورة حياة البطارية بأكثر من 90٪ من حالتها الأولية بعد عامين (أكثر من 1500 دورة). وارتفع كفاءة توزيع الطاقة لدى العميل بنسبة 15٪، وانخفض إجمالي تكلفة استبدال البطارية بنسبة تقارب 40٪.

في مشروع آخر لتقليل ذروة الاستهلاك في تيانجين لمؤسسة صناعية، قامت منتجاتنا من الجيل الرابع للتخزين التجاري والصناعي للطاقة بتعديل إيقاعات الشحن والتفريغ بناءً على جداول الإنتاج الخاصة بالمؤسسة، مما ساعد في دعم هذه المؤسسة في رحلتها نحو التحول الطاقي. وقد عمل نظام البطارية بشكل مستقر لمدة 4 سنوات، وساهم في دعم جهود التحول الطاقي للمؤسسة بسلاسة.

الاستنتاج

يتم تحقيق عمر دورة البطارية الليثيومية عندما يتم دمج تقنية المواد، ووضع نظام إدارة ذكي، وأخذ جميع العوامل البيئية في الاعتبار. من منظور عملي، يُعد انخفاض تكلفة تخزين الطاقة وتمديد عمر البطارية أمرًا مربحًا للطرفين بالنسبة للمؤسسات الصناعية والتجارية ضمن النظام الإيكولوجي.

في سوق أنظمة التخزين للصناعات والتطبيقات التجارية، ستواصل شركة ذا أوريجوتِك المحدودة التركيز على تصميم حلول مخصصة لتحسين أداء البطاريات، استنادًا إلى الخبرات والممارسات المكتسبة بشكل دؤوب في مجال تخزين الطاقة، وتتماشى مع تطوير الجيل الرابع من أنظمة التخزين. وسنواصل دعمنا للعملاء في القطاعات الصناعية والتجارية بأنظمة تخزين الطاقة خلال رحلتهم في الاستثمار بالاستدامة الطاقوية وفي المجتمعات الموجودة بالدول النامية.