Литиевите батерии служат като среда за съхранение на енергия в търговски и индустриални системи за съхранение на енергия, като ефективността, разходите и устойчивостта на енергийните решения зависят от работната ефективност на батериите. За бизнеси, насочени към стабилно енергийно осигуряване, техническото предизвикателство за удължаване на цикличния живот на литиевите батерии е от решаващо значение за екологично обоснованото използване на енергия.

Като първата компания в индустрията и в областта на търговското енергийно съхранение, която подпомага и наблюдава еволюцията на литиевите батерии за съхранение на енергия от първото до четвъртото поколение, благодарение на 16-годишното си дълбоко присъствие в индустрията и търговското енергийно съхранение, Origotek Co. Ltd е създала персонализирани енергийни решения. По този начин ние допринесохме за балансиране на енергийните нужди и живота на батериите при изравняване на пиковете, резервно захранване и виртуални електроцентрали, като осигурихме оптимизации на производителността на енергийните батерии. В тази статия ще бъдат обединени индустриални практики и технологични иновации, за да се илюстрират основните фактори, намаляващи цикличния живот на литиевите батерии, както и индустриалните практики за цикличен живот.

1. Основни фактори, влияещи на цикличния живот на литиевите батерии

Цикличният живот на литиев батерейен акумулатор се определя като броя на циклите за зареждане и разреждане, които акумулаторът може да претърпи, преди да достигне капацитет от 80% от първоначалния си капацитет. В индустрията има стандарт от 80%, който дефинира възможностите за цикличен живот. Има няколко взаимно свързани аспекта по този показател и способността да се формулират ясно различните аспекти на този показател е основополагаща за удължаване на живота на батерията.

1.1 Деградация на електродните материали

Положителният и отрицателният електроди на литиевите батерии са основните места за внедряване и изваждане на литиеви йони. След много цикли, кристалната структура на електродния материал (литиев кобалтов оксид, литиев желязен фосфат и др.) се разрушава и намалява броят на наличните литиеви йони. Например, при продължително високотоково зареждане на търговски достъпни продукти за съхранение на енергия, ускорява се образуването на "мъртво литие" на отрицателния електрод. "Мъртво литие" са литиеви йони, които не могат да се възстановят обратно в положителния електрод, което води до сериозно намаляване на капацитета и цикличния живот на батерията.

1.2 Грешки в управлението на заряд-разряд

Един от най-честите причини за намаляване на живота на батерията е неправилната настройка на параметрите за зареждане и разреждане. Презареждането (губитък на контрола по напрежение) може да доведе до разлагане на електролита, както и до окисляване на електродните материали, а прекомерното разреждане (губитък на контрол под граничното напрежение) причинява непоправими щети за отрицателния електрод. В реални условия някои предприятия пренебрегват съответствието между спецификациите на батерията и оборудването за зареждане, което води до ситуации на презареждане/преразреждане. Това е особено вредно за цикличния живот на батерийни системи, инсталирани за промишлени и търговски цели.

1.3 Колебания в температурата на околната среда

Контролът на температурата е важна характеристика на системите с литиеви батерии. Когато температурата надхвърли 45°C, електролитите в батериите стават силно течни и възникват странични реакции, включващи нежелана разложителна дейност на електролита и корозия на електродите. В противоположния край, при условия под 0°C, движението на йони от литий е замразено и интеркалирането е непълно, което води до увеличаване на вътрешното съпротивление. В крайни случаи, когато температурата в батерийните системи не се контролира, животът на цикъла на батерията може да се намали с 30%–50%, което остава значим проблем за съхранението на енергия и за индустриални и търговски приложения, имайки предвид географското разнообразие.

2. Технически стратегии за максимизиране на цикличния живот на литиевите батерии

Компанията Origotek Co., Ltd. е интегрирала оптимизационни усилия, произтичащи от горепосочените фактори, в проучванията и разработките на своите енергийни продукти за промишлено и търговско съхранение от четвърто поколение. Такива стратегии са насочени към подобряване на цикличния живот на батериите при запазване на стабилността в сложни условия на употреба.

2.1 Оптимизиране на състава на електродните материали

За продуктите от четвърто поколение ние променихме съотношенията на материалите в електродите, като добавихме следи от ниобий в положителния електрод, за да се повиши стабилизацията на кристалната структура, и приложихме поресто въглеродно покритие върху отрицателния електрод, за да се минимизира образуването на "мъртъв литий". Това доведе до увеличение над 20% в цикличния живот на нашите батерии за промишлено и търговско съхранение на енергия в сравнение с трето поколение, които сега надвишават 6000 цикъла при стандартни условия за зареждане и разреждане.

2.2 Внедряване на интелигентно управление на зареждането и разреждането

За индустриални и търговски приложения ние сме персонализирали система за управление на зареждане и разреждане (C&DMS), която независимо определя и адаптира параметрите на тока и напрежението за всяко състояние на заряд (SOC) и температурен режим.
• По време на зареждане, когато SOC е 80% или повече, системата превключва към постоянно зарядно напрежение, за да се предотврати прекомерното зареждане.
• По време на разреждане веригата се изключва, когато SOC е 20% или по-ниско, за да се предотврати прекомерното разреждане.
• Интегрирана е за комуникация в реално време със системата за управление на енергията и с оптимизиране на разреждането според SOC, за подобряване на стратегията за зареждане и разреждане при планирани операции на виртуална електроцентрала.

2.3 Прилагане на активна технология за контрол на температурата

Всички наши индустриални и търговски системи за съхранение на енергия притежават функция за изравняване на температурата. Затова системите за съхранение на енергия разполагат с двумодова активна температурна система с функции за охлаждане и отопление.
• При високи температури охлаждането чрез термостатирани течни топлообменници поддържа батерията при температура между 25-35°C.
• При ниски температури PTC нагревател с топлообменник затопля батериите и ги поддържа над 5°C. Конкретно, преди зареждане се извършва подгряване на батерията, докато температурата ѝ надвиши 5°C, което позволява протичането на литиевата интеркалация.

Това значително увеличава живота и надеждността на системите при екстремни температурни условия.

3. Прилагане на стратегии за удължаване на живота в индустриални и търговски системи за съхранение на енергия

Когато става въпрос за устойчивото използване на енергия в индустриални и търговски сценарии, дълготрайните батерии са само част от уравнението. Ключово значение има интегрирането на батерийните системи и управлението на енергийното търсене. Това е било потвърдено от Origotek Co., Ltd. в няколко практически примера при клиенти.

Например, в проекта за виртуална електроцентрала с персонализируема система за съхранение на енергия в Шандонг (10 MWh), оптимизирането на стратегиите за продължителност на живота на батериите имаше значително влияние. Благодарение на интелигентна система BMS и контрол на температурата, цикличният живот на батериите се поддържа над 90% от първоначалното състояние след 2 години (над 1500 цикъла). Ефективността на енергийното разпределение на клиента се подобри с 15%, а общата цена за подмяна на батерии намаля почти с 40%.

В друг проект за изглаждане на пиковете в Тиендзин за производствено предприятие, нашите продукти за индустриално и търговско съхранение на енергия от 4-то поколение промениха ритмите на зареждане и разреждане въз основа на графиките на производството, което помогна на предприятието да осъществи прехода към нова енергийна парадигма. Батерийната система работи стабилно вече 4 години и непрекъснато подпомага усилията на предприятието по енергийната трансформация.

Заключение

Цикличният живот на литиевата батерия се постига, когато технологията за материали е интегрирана, приложена е умна система за управление и са взети предвид всички околните фактори. От практическа гледна точка, намаляването на разходите за съхранение на енергия и удължаването на живота на батериите е полза както за промишлените, така и за търговските предприятия в екосистемата.

На пазара за съхранение на енергия за промишлено и търговско използване, активно придобитите практики и експертност в областта на съхранението на енергия от компания „The Origotek Co., Ltd“ ще продължат да бъдат насочени към проектирането на персонализирани решения за оптимизация на производителността на батерии, съобразени с четвъртото поколение системи за съхранение на енергия. Ще продължим да подпомагаме нашите клиенти в промишлените и търговски сектори със системи за съхранение на енергия в тяхното начинание за инвестиране в устойчивост на енергията и в обществата на развиващите се страни.