Litiumbatterier fungerer som energilagringsmedium i kommercielle og industrielle energilagringssystemer, og effektiviteten, omkostningerne og bæredygtigheden af energiløsninger afhænger af batteriernes driftseffektivitet. For virksomheder, der fokuserer på stabil strømforsyning, er den tekniske udfordring med at forlænge levetiden for litiumbatterier afgørende for en miljøvenlig brug af energi.

Som det første selskab i branche og kommerciel energilagring, der har bistået og været vidne til udviklingen af litiumbatterier til energilagring fra første til fjerde generation, har vores 16 år med dybdegående ekspertise inden for industriel og kommerciel energilagring hos Origotek Co. Ltd muliggjort skræddersyede energiløsninger. På denne måde har vi bidraget til at balancere energiefterspørgslen og batterilevetiden ved spidslastning, backupstrømforsyning og virtuelle kraftværker samt opnået indsigtsoptimering af ydelsen for energibatterier. I denne artikel kombineres industrielle praksis og teknologiske innovationer for at illustrere de centrale faktorer, der reducerer cykluslevetiden for litiumbatterier, samt industrielle praksis til cykluslevetid.

1. Kernefaktorer, der påvirker litiumbatteriers cykluslevetid

Levetiden for en litiumbatteri cyklus defineres som antallet af opladnings- og afladningscyklusser, som batteriet kan gennemgå, før det når en kapacitet på 80 % af den oprindelige kapacitet. Der findes en branchestandard på 80 % til at definere cykluslevetidsevner. Der er flere indbyrdes forbundne aspekter ved dette mål, og evnen til at beskrive de forskellige aspekter heraf er afgørende for at forlænge et batteris levetid.

1.1 Elektrode Materiale Nedbrydning

De positive og negative elektroder i lithiumbatterier er kerneområder for ind- og udslagning af lithiumioner. Efter mange cyklusser kollapser krystalstrukturen i elektrodematerialet (som f.eks. lithiumkoboltioxid, lithiumjernfosfat m.fl.), og antallet af tilgængelige lithiumioner falder. For eksempel ved langvarig opladning med høj strøm i kommercielt tilgængelige lagringsprodukter, fremskyndes dannelsen af "dødt lithium" på den negative elektrode. "Dødt lithium" er lithiumioner, der ikke længere kan genindsluttes i den positive elektrode, hvilket betydeligt nedsætter batteriets kapacitet og cykluslevetid.

1.2 Fejl i opladnings- og afladningsstyring

En af de mest almindelige grunde til forkortet batterilevetid er ukorrekt indstilling af opladnings- og afladningsparametre. Overopladning (tab af spændingskontrol) kan medføre nedbrydning af elektrolytten samt oxidation af elektrodematerialer, og overudladning (tab af kontrol under frakoblingsspændingen) forårsager uoprettelig skade på den negative elektrode. I praksis ignorerer nogle virksomheder sammenhængen mellem batteriets specifikationer og batteriopladerens egenskaber, hvilket fører til overopladning/overudladning. Dette er særlig skadeligt for cykluslevetiden for batterisystemer installeret til industrielle og kommercielle formål.

1.3 Temperatursvingninger i omgivelserne

Temperaturregulering er en vigtig funktion i lithiumbatterisystemer. Når temperaturen overstiger 45°C, bliver batterielectrolytterne meget flydende, og der opstår sidereaktioner, herunder uønsket nedbrydning af elektrolytten og korrosion af elektroden. I den anden ende, ved temperaturer under 0°C, fryses litium-ion-bevægelsen, og interkaleringen er ufuldstændig, hvilket fører til øget indre modstand. I ekstreme tilfælde, hvor temperaturen i batterisystemer ikke kontrolleres, kan batteriets cykluslevetid reduceres med 30-50 %, hvilket fortsat er et betydeligt problem for energilagring samt industrielle og kommercielle anvendelser på grund af de forskellige geografiske forhold.

2. Tekniske strategier til at maksimere lithiumbatteriers cykluslevetid

The Origotek Co., Ltd. har integreret optimeringsindsatser, der stammer fra de ovennævnte faktorer, i udvikling og design af sin fjerde generation af industrielle og kommercielle energilagringsprodukter. Sådanne strategier er rettet mod at forbedre batteriets cykluslevetid samtidig med at stabiliteten opretholdes under komplekse anvendelsesscenarier.

2.1 Optimer sammensætning af elektrode materiale

For fjerde generationens produkter ændrede vi forholdene mellem elektrodematerialerne ved at tilføje spor af niob til den positive elektrode for at forbedre krystalstrukturernes stabilitet samt anvende en porøs kulstofbelægning på den negative elektrode for at minimere dannelsen af "dødt lithium". Dette har resulteret i en forbedring af cykluslevetiden på over 20 % i forhold til tredje generation af vores industrielle og kommercielle energilagringsbatterier, som nu overstiger 6.000 cyklusser under standard opladnings- og afladningsforhold.

2.2 Implementer intelligent opladnings- og afladningsstyring

Til industrielle og kommercielle applikationer har vi tilpasset et opladnings- og afladningsstyringssystem (C&DMS), der selvstændigt bestemmer og tilpasser parametre for strøm og spænding for enhver opladningstilstand (SOC) og temperaturscenario.
• Under opladning skifter det til konstant strøm, når SOC er 80 % eller højere, for at forhindre overopladning.
• Under afladning afbrydes kredsløbet, når SOC er 20 % eller lavere, for at forhindre overafladning.
• Det er integreret til at kommunikere i realtid med energistyringssystemet og med SOC-optimeret peak shaving for at forbedre afladnings- og opladningsstrategi for virtuelle kraftværkers planlagte drift.

2.3 Anvender aktiv temperaturstyringsteknologi

Alle vores industrielle og kommercielle energilagringssystemer har funktioner til temperaturudjævning. Derfor har energilagringssystemerne et dualt aktivt temperatursystem med funktioner til køling og opvarmning.
• Under høje temperaturforhold opretholdes batteriet på en temperatur på 25-35 °C ved køling med temperaturregulerede væskevarmevekslere.
• Under lavtemperaturforhold opvarmer en PTC-varmeflade med varmeveksler batterierne og holder dem over 5 °C. Konkret opvarmes batteriet før opladning, indtil det er over 5 °C, så lithium-interkalering kan finde sted.

Dette forbedrer betydeligt levetid og pålidelighed af systemerne under ekstreme temperaturforhold.

3. Anvendelse af livsforlængende strategier i industriel og kommerciel energilagring

Når det gælder bæredygtig energiforbrug i industrielle og kommercielle scenarier, er langlevende batterier kun en del af løsningen. Integration af batteri- og efterspørgselsstyring er afgørende. Dette er blevet valideret af Origotek Co., Ltd. i flere kundeanvendelser.

For eksempel i det skræddersyede virtuelle kraftværksprojekt for energilagring i Shandong (10 MWh) betød optimering af batterilevetidsstrategier en betydelig forskel. Med et intelligent BMS og temperaturreguleringssystem er batteriets cykluslevetid blevet opretholdt på over 90 % af den oprindelige tilstand efter 2 år (over 1.500 cyklusser). Kundeens effektivitet i energidistribution steg med 15 %, og den samlede omkostning til batteriudskiftning faldt næsten 40 %.

I et andet projekt til spidslastreduktion i Tianjin for en produktionsvirksomhed ændrede vores 4. generation af industriel og kommerciel energilagringsløsninger opladnings- og afladningsmønstre baseret på virksomhedens produktionsskema, hvilket hjalp virksomheden med at gennemføre energiomstillingen. Batterisystemet har kørt stabilt i 4 år og har problemfrit understøttet virksomhedens arbejde med energiomstilling.

Konklusion

Lithiumbatteriets cykluslevetid opnås, når teknologien for materialerne integreres, smart styring implementeres, og alle miljømæssige faktorer tages i betragtning. Set fra et praktisk synspunkt er reduktionen i omkostningerne til energilagring og forlængelse af batterilevetiden en gevinst for både industrien og erhvervslivet i økosystemet.

På markedet for industrielt og kommercielt brug af energilagring vil de omfattende erfaringer og ekspertise inden for energilagring hos The Origotek Co., Ltd fortsat fokusere på udvikling af skræddersyede løsninger til optimering af batteriydelse, i tråd med den fjerde generations energilagringssystemer. Vi vil fortsat hjælpe vores kunder i industrien og erhvervslivet med energilagringssystemer på deres rejse mod investeringer i energibæredygtighed og i samfundene i udviklingslande.