Lithium-Batterien dienen als Energiespeichermedium in kommerziellen und industriellen Energiespeichersystemen, und die Effizienz, Kosten sowie Nachhaltigkeit von Energiesystemen hängen von der Betriebseffizienz der Batterien ab. Für Unternehmen, die auf eine stabile Energieversorgung setzen, ist die technische Herausforderung, die Zyklenlebensdauer von Lithium-Batterien zu verlängern, entscheidend für den umweltgerechten Einsatz von Energie.

Als erstes Unternehmen der Branche und im Bereich kommerzielle Energiespeicherung, das die Entwicklung der Lithium-Batterie-Energiespeicherung von der ersten bis zur vierten Generation begleitet und mitgestaltet hat, hat Origotek Co. Ltd. in 16 Jahren intensiver Branchentätigkeit maßgeschneiderte Energiesystemlösungen entwickelt. Damit haben wir dazu beigetragen, den Energiebedarf und die Batterielebensdauer bei Lastspitzenabsenkung, Notstromversorgung und virtuellen Kraftwerken auszugleichen, sowie gezielte Optimierungen der Leistung von Energiespeicherbatterien vorgenommen. In diesem Artikel werden industrielle Praktiken und technologische Innovationen zusammengeführt, um die Kernelemente, die die Zykluslebensdauer von Lithium-Batterien beeinflussen, sowie bewährte industrielle Verfahren darzustellen.

1. Kernfaktoren, die die Zykluslebensdauer von Lithium-Batterien beeinflussen

Die Zyklenlebensdauer einer Lithiumbatterie wird definiert als die Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen, die die Batterie durchlaufen kann, bevor sie eine Kapazität von 80 % der ursprünglichen Kapazität erreicht. In der Industrie ist 80 % der Standardwert zur Definition der Zyklenlebensdauer. Diese Kennzahl hängt mit mehreren miteinander verbundenen Aspekten zusammen, und die Fähigkeit, diese verschiedenen Aspekte genau zu beschreiben, ist entscheidend für die Verlängerung der Lebensdauer einer Batterie.

1.1 Degradation der Elektrodenmaterialien

Die positiven und negativen Elektroden von Lithium-Batterien sind die Kernstellen für die Ein- und Auslagerung von Lithium-Ionen. Über zahlreiche Zyklen hinweg kollabieren die Kristallstrukturen des Elektrodenmaterials (wie Lithium-Kobaltoxid, Lithium-Eisenphosphat usw.), wodurch die Anzahl verfügbarer Lithium-Ionen abnimmt. Beispielsweise wird im Fall einer langfristigen Hochstromladung bei handelsüblichen Energiespeicherprodukten die Bildung von „Dead Lithium“ an der Negativ-Elektrode beschleunigt. „Dead Lithium“ bezeichnet Lithium-Ionen, die nicht mehr in die Positiv-Elektrode interkalieren können, was zu einer erheblichen Verringerung der Batteriekapazität und Lebensdauer führt.

1.2 Fehler bei Lade-Entlade-Management

Einer der häufigsten Gründe für eine verkürzte Batterielebensdauer ist die unsachgemäße Einstellung der Lade-Entlade-Parameter. Überladen (Verlust der Spannungsregelung) kann die Zersetzung des Elektrolyten sowie die Oxidation der Elektrodenmaterialien verursachen, und Tiefentladung (Verlust der Regelung unterhalb der Abschaltspannung) führt zu irreversiblen Schäden an der negativen Elektrode. In der Praxis vernachlässigen einige Unternehmen die Übereinstimmung zwischen den Batteriespezifikationen und der Ladegeräteausstattung, was zu Überladung/Tiefentladung führt. Dies ist besonders schädlich für die Zyklenlebensdauer von Batteriesystemen, die für industrielle und kommerzielle Zwecke installiert sind.

1.3 Schwankungen der Umgebungstemperaturen

Die Temperaturregelung ist eine wichtige Eigenschaft von Lithium-Batteriesystemen. Wenn die Temperatur 45 °C überschreitet, werden die Batterieelektrolyte hochgradig flüssig und es treten Nebenreaktionen auf, zu denen eine unerwünschte Zersetzung des Elektrolyten und eine Korrosion der Elektrode gehören. Im umgekehrten Extremfall, bei Temperaturen unter 0 °C, wird die Bewegung der Lithium-Ionen eingefroren und die Intercalation bleibt unvollständig, was zu einem erhöhten Innenwiderstand führt. In extremen Fällen, in denen die Temperatur bei Batteriesystemen nicht geregelt wird, kann die Zyklenlebensdauer der Batterie um 30 % bis 50 % sinken, was angesichts der unterschiedlichen geografischen Gegebenheiten weiterhin ein erhebliches Problem für Energiespeicher- sowie industrielle und kommerzielle Anwendungen darstellt.

2. Technische Strategien zur Maximierung der Zyklenlebensdauer von Lithium-Batterien

Das Unternehmen Origotek Co., Ltd. hat Optimierungsmaßnahmen, die sich aus den oben genannten Faktoren ergeben, in die Forschung und Entwicklung sowie das Design seiner energieeffizienten Produkte der vierten Generation für industrielle und kommerzielle Anwendungen integriert. Solche Strategien zielen darauf ab, die Lebensdauer der Batterien zu verlängern und gleichzeitig die Stabilität unter komplexen Einsatzbedingungen aufrechtzuerhalten.

2.1 Optimierung der Elektrolytmaterial-Zusammensetzung

Bei den Produkten der vierten Generation haben wir die Zusammensetzung der Elektrodenmaterialien verändert, indem wir der positiven Elektrode Spuren von Niob zugesetzt haben, um die Stabilisierung der Kristallstruktur zu verbessern, und der negativen Elektrode eine poröse Kohlenstoffbeschichtung hinzugefügt, um die Bildung von „totem Lithium“ zu minimieren. Dadurch hat sich die Zyklenlebensdauer unserer Batterien für industrielle und kommerzielle Energiespeicher im Vergleich zur dritten Generation um mehr als 20 % erhöht und überschreitet nun unter Standard-Lade-Entlade-Bedingungen 6.000 Zyklen.

2.2 Einführung eines intelligenten Lade-Entlade-Managements

Für industrielle und kommerzielle Anwendungen haben wir ein maßgeschneidertes Lade- und Entlade-Managementsystem (C&DMS) entwickelt, das unabhängig die Parameter für Strom und Spannung für jeden Ladezustand (SOC) und Temperaturszenario bestimmt und anpasst.
• Beim Laden wechselt es bei einem SOC von 80 % und darüber in den Konstantstrommodus, um Überladung zu vermeiden.
• Beim Entladen wird der Stromkreis bei einem SOC von 20 % und darunter unterbrochen, um Tiefentladung zu verhindern.
• Es ist integriert, um in Echtzeit mit dem Energiemanagementsystem zu kommunizieren, und nutzt eine SOC-optimierte Lastspitzenabsenkung, um die Entlade- und Ladestrategie für die planmäßigen Betriebsabläufe eines virtuellen Kraftwerks zu verbessern.

2.3 Aktive Temperatursteuerungstechnologie verwenden

Alle unsere industriellen und kommerziellen Energiespeichersysteme verfügen über Temperaturausgleichsfunktionen. Daher besitzen die Energiespeichersysteme ein zweimodiges aktives Temperatursystem mit Kühl- und Heizfunktionen.
• Unter Hochtemperaturbedingungen hält die Kühlung durch temperaturgesteuerte Flüssigkeitswärmetauscher die Batterie auf einer Temperatur von 25–35 °C.
• Unter Niedrigtemperaturbedingungen erwärmt ein PTC-Heizelement mit Wärmetauscher die Batterien und hält sie über 5 °C. Konkret erfolgt vor dem Laden eine Batterievorwärmung, bis die Batterie über 5 °C ist, um eine normale Lithium-Intercalation zu ermöglichen.

Dies verbessert deutlich die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Systeme in extremen Temperaturbereichen.

3. Anwendung von Lebensdauer-verlängernden Strategien in industriellen und kommerziellen Energiespeichern

Im Hinblick auf die nachhaltige Nutzung von Energie in industriellen und gewerblichen Anwendungen ist eine lange Batterielebensdauer nur ein Teil der Gleichung. Die Integration von Batterie- und Energiemanagement ist entscheidend. Dies wurde von Origotek Co., Ltd. an mehreren Kundenanwendungsbeispielen validiert.

Zum Beispiel machte im anpassbaren Projekt für virtuelle Kraftwerke mit Energiespeicher in Shandong (10 MWh) die Optimierung der Batterielebensdauer-Strategien einen erheblichen Unterschied aus. Mit einem intelligenten BMS und einem Temperaturregelungssystem wurde die Zykluslebensdauer der Batterien nach 2 Jahren (über 1.500 Zyklen) auf über 90 % des Anfangszustands gehalten. Die Effizienz der Kundenenergieverteilung stieg um 15 %, und die Gesamtkosten für den Batterieaustausch sanken um fast 40 %.

In einem weiteren Lastspitzenkappungsprojekt in Tianjin für ein produzierendes Unternehmen haben unsere Energiespeicherprodukte der vierten Generation für Industrie und Gewerbe die Lade- und Entladezyklen basierend auf den Produktionsplänen des Unternehmens angepasst, wodurch die Energieumstellung des Unternehmens unterstützt wurde. Das Batteriesystem arbeitet seit 4 Jahren stabil und trägt nahtlos zu den Bemühungen des Unternehmens um Energieumstellung bei.

Fazit

Die Zykluslebensdauer einer Lithiumbatterie wird erreicht, wenn die Technologie der Materialien integriert ist, ein intelligentes Management implementiert wird und alle Umweltfaktoren berücksichtigt werden. Aus praktischer Sicht ist die Senkung der Kosten für Energiespeicherung und die Verlängerung der Batterielebensdauer ein Win-win für Industrie- und Gewerbeunternehmen im Ökosystem.

Im Markt für industrielle und gewerbliche Energiespeicherung werden die intensiv erworbenen Praktiken und das Fachwissen von The Origotek Co., Ltd. weiterhin auf die Entwicklung maßgeschneiderter Lösungen zur Optimierung der Batterieleistung ausgerichtet sein, die mit der Iteration der vierten Generation von Energiespeichersystemen übereinstimmen. Wir werden unseren Kunden in den Bereichen Industrie und Gewerbe weiterhin dabei helfen, mithilfe von Energiespeichersystemen in die Energiezukunft und in die Gesellschaften von Entwicklungsländern zu investieren.