Οι μπαταρίες λιθίου λειτουργούν ως μέσο αποθήκευσης ενέργειας σε εμπορικά και βιομηχανικά συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, και η αποτελεσματικότητα, το κόστος και η βιωσιμότητα των λύσεων ενέργειας εξαρτώνται από τη λειτουργική απόδοση των μπαταριών. Για επιχειρήσεις που επικεντρώνονται στη σταθερή παροχή ενέργειας, η τεχνική πρόκληση της επέκτασης του κύκλου ζωής των μπαταριών λιθίου είναι καθοριστικής σημασίας για την περιβαλλοντικά ορθή χρήση της ενέργειας.

Ως η πρώτη εταιρεία στον κλάδο και στον εμπορικό τομέα αποθήκευσης ενέργειας που βοήθησε και παρακολούθησε την εξέλιξη της αποθήκευσης ενέργειας με μπαταρίες λιθίου από την πρώτη γενιά έως την τέταρτη γενιά, η Origotek Co. Ltd, με 16 χρόνια εμβάθυνσης στον κλάδο και στην εμπορική αποθήκευση ενέργειας, έχει δημιουργήσει προσαρμοσμένες λύσεις ενέργειας. Με αυτόν τον τρόπο, βοηθήσαμε στην εξισορρόπηση των αναγκών ενέργειας και της διάρκειας ζωής των μπαταριών σε εφαρμογές εξομάλυνσης αιχμών, εφεδρικής τροφοδοσίας και εικονικών σταθμών παραγωγής ενέργειας, και προχωρήσαμε σε βελτιστοποιήσεις με γνώση της απόδοσης των μπαταριών ενέργειας. Σε αυτό το άρθρο, οι βιομηχανικές πρακτικές και οι τεχνολογικές καινοτομίες θα συγχωνευθούν για να διαγράψουν τους πυρήνες παράγοντες μείωσης της διάρκειας κύκλου των μπαταριών λιθίου και τις βιομηχανικές πρακτικές για τη διάρκεια κύκλου.

1. Βασικοί Παράγοντες που Επηρεάζουν τη Διάρκεια Κύκλου των Μπαταριών Λιθίου

Ο κύκλος ζωής μιας μπαταρίας λιθίου ορίζεται ως ο αριθμός των κύκλων φόρτισης-αποφόρτισης που μπορεί να υποστεί η μπαταρία πριν φτάσει σε χωρητικότητα 80% της αρχικής. Υπάρχει ένα βιομηχανικό πρότυπο του 80% για τον ορισμό των δυνατοτήτων κύκλου ζωής. Υπάρχουν αρκετές ενδιάμεσα συσχετιζόμενες πτυχές σε αυτό το μέγεθος, και η δυνατότητα να διατυπώσει κανείς τις διάφορες πτυχές αυτού του μεγέθους αποτελεί θεμέλιο για την παράταση της διάρκειας ζωής μιας μπαταρίας.

1.1 Εκφύλιση Υλικού Ηλεκτροδίου

Οι θετικοί και αρνητικοί ηλεκτρόδιοι των μπαταριών λιθίου είναι οι βασικοί χώροι παρεμβολής και αποπαρεμβολής ιόντων λιθίου. Μετά από πολλούς κύκλους, η δομή των κρυστάλλων του υλικού του ηλεκτροδίου (όπως το οξείδιο λιθίου-κοβαλτίου, το φωσφορικό λίθιο-σίδηρος κ.λπ.) καταρρέει, και μειώνεται ο αριθμός των διαθέσιμων ιόντων λιθίου. Για παράδειγμα, σε σενάρια μακροχρόνιας φόρτισης με υψηλό ρεύμα σε εμπορικά διαθέσιμα προϊόντα αποθήκευσης ενέργειας, επιταχύνεται η δημιουργία «νεκρού λιθίου» στον αρνητικό ηλεκτρόδιο. Το «νεκρό λίθιο» αναφέρεται σε ιόντα λιθίου που δεν μπορούν να επανεισέλθουν στον θετικό ηλεκτρόδιο, με αποτέλεσμα τη σημαντική μείωση της χωρητικότητας και της διάρκειας ζωής της μπαταρίας.

1.2 Σφάλματα Διαχείρισης Φόρτισης-Εκφόρτισης

Μία από τις πιο συνηθισμένες αιτίες μείωσης της διάρκειας ζωής της μπαταρίας είναι η εσφαλμένη ρύθμιση των παραμέτρων φόρτισης-αποφόρτισης. Η υπερφόρτιση (απώλεια ελέγχου τάσης) μπορεί να προκαλέσει τη διάσπαση του ηλεκτρολύτη καθώς και την οξείδωση των υλικών των ηλεκτροδίων, ενώ η υπεραποφόρτιση (απώλεια ελέγχου κάτω από την τάση αποσύνδεσης) προκαλεί μη αναστρέψιμη ζημιά στον αρνητικό ηλεκτρόδιο. Σε πραγματικές συνθήκες, κάποιες επιχειρήσεις αγνοούν τη συμβατότητα μεταξύ των προδιαγραφών της μπαταρίας και του εξοπλισμού φόρτισης, με αποτέλεσμα καταστάσεις υπερφόρτισης/υπεραποφόρτισης. Αυτό είναι ιδιαίτερα επιζήμιο για τη διάρκεια κύκλου λειτουργίας των συστημάτων μπαταριών που εγκαθίστανται για βιομηχανικούς και εμπορικούς σκοπούς.

1.3 Ταλαντώσεις θερμοκρασίας περιβάλλοντος

Ο έλεγχος της θερμοκρασίας είναι μια σημαντική λειτουργία των συστημάτων μπαταριών λιθίου. Όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει τους 45°C, οι ηλεκτρολύτες της μπαταρίας γίνονται εξαιρετικά ρευστοί και προκύπτουν παράπλευρες αντιδράσεις, όπως η ανεπιθύμητη διάσπαση του ηλεκτρολύτη και η διάβρωση του ηλεκτροδίου. Από την άλλη πλευρά, σε συνθήκες κάτω από 0°C, η κίνηση των ιόντων λιθίου παγώνει και η ενσωμάτωση δεν ολοκληρώνεται, με αποτέλεσμα την αύξηση της εσωτερικής αντίστασης. Σε ακραίες περιπτώσεις συστημάτων μπαταριών όπου δεν ελέγχεται η θερμοκρασία, η διάρκεια ζωής του κύκλου φόρτισης/αποφόρτισης της μπαταρίας μπορεί να μειωθεί κατά 30%-50%, γεγονός που παραμένει σημαντικό πρόβλημα για την αποθήκευση ενέργειας και για βιομηχανικές και εμπορικές εφαρμογές, λαμβανομένων υπόψη των διαφορετικών γεωγραφικών περιοχών.

2. Τεχνικές Στρατηγικές για τη Μεγιστοποίηση της Διάρκειας Ζωής Κύκλου Φόρτισης/Αποφόρτισης Μπαταριών Λιθίου

Η εταιρεία Origotek Co., Ltd. έχει ενσωματώσει βελτιώσεις που προέκυψαν από τους παραπάνω παράγοντες στην έρευνα και ανάπτυξη, καθώς και στο σχεδιασμό, των προϊόντων βιομηχανικής και εμπορικής αποθήκευσης ενέργειας τέταρτης γενιάς. Οι στρατηγικές αυτές στοχεύουν στη βελτίωση της διάρκειας ζωής του κύκλου φόρτισης-αποφόρτισης των μπαταριών, διατηρώντας τη σταθερότητα υπό σύνθετα σενάρια χρήσης.

2.1 Βελτιστοποίηση της Σύνθεσης Υλικού Ηλεκτροδίου

Για τα προϊόντα τέταρτης γενιάς, αλλάξαμε τις αναλογίες των υλικών των ηλεκτροδίων, προσθέτοντας ίχνη νιοβίου στο θετικό ηλεκτρόδιο για να ενισχυθεί ο σταθεροποιημένος κρυσταλλικός πλέγματος, καθώς και εφαρμόζοντας ένα επίστρωμα από πορώδη άνθρακα στο αρνητικό ηλεκτρόδιο για να ελαχιστοποιηθεί η δημιουργία «νεκρού λιθίου». Αυτό έχει οδηγήσει σε αύξηση πάνω από 20% στη διάρκεια ζωής των μπαταριών βιομηχανικής και εμπορικής αποθήκευσης ενέργειας σε σύγκριση με την τρίτη γενιά, ξεπερνώντας πλέον τους 6.000 κύκλους υπό τυπικές συνθήκες φόρτισης-αποφόρτισης.

2.2 Εφαρμογή Έξυπνης Διαχείρισης Φόρτισης-Αποφόρτισης

Για βιομηχανικές και εμπορικές εφαρμογές, έχουμε προσαρμόσει ένα Σύστημα Διαχείρισης Φόρτισης και Εκφόρτισης (C&DMS) το οποίο ανεξάρτητα καθορίζει και προσαρμόζει τις παραμέτρους ρεύματος και τάσης για οποιαδήποτε κατάσταση φόρτισης (SOC) και σενάριο θερμοκρασίας.
• Κατά τη φόρτιση, όταν το SOC είναι 80% και άνω, μεταβαίνει σε σταθερό ρεύμα για να αποφευχθεί η υπερφόρτιση.
• Κατά την εκφόρτιση, το κύκλωμα διακόπτεται όταν το SOC είναι 20% και κάτω για να αποφευχθεί η υπερεκφόρτιση.
• Είναι ενσωματωμένο για να επικοινωνεί σε πραγματικό χρόνο με το σύστημα διαχείρισης ενέργειας και με βέλτιστη αιχμή αποφόρτισης βάσει SOC, βελτιώνοντας τη στρατηγική φόρτισης και εκφόρτισης για προγραμματισμένες λειτουργίες εικονικού σταθμού παραγωγής ενέργειας.

2.3 Υιοθέτηση Ενεργής Τεχνολογίας Ελέγχου Θερμοκρασίας

Όλα τα βιομηχανικά και εμπορικά συστήματα αποθήκευσης ενέργειάς μας διαθέτουν λειτουργίες εξομάλυνσης θερμοκρασίας. Ως εκ τούτου, τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας διαθέτουν δίκτυρο ενεργό σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας με λειτουργίες ψύξης και θέρμανσης.
• Σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας, η ψύξη μέσω εναλλακτών θερμότητας υγρού με έλεγχο θερμοκρασίας διατηρεί τη μπαταρία σε θερμοκρασία 25-35°C.
• Σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας, μια αντλία θερμότητας PTC με εναλλάκτη θερμότητας θερμαίνει τις μπαταρίες και τις διατηρεί πάνω από 5°C. Συγκεκριμένα, πριν από τη φόρτιση, πραγματοποιείται θέρμανση της μπαταρίας μέχρι να ξεπεραστούν τα 5°C, επιτρέποντας την ενσωμάτωση λιθίου.

Αυτό βελτιώνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής και την αξιοπιστία των συστημάτων σε ακραίες θερμοκρασίες.

3. Εφαρμογή Στρατηγικών Επέκτασης Διάρκειας Ζωής σε Βιομηχανικές και Εμπορικές Εγκαταστάσεις Αποθήκευσης Ενέργειας

Όσον αφορά τη βιώσιμη χρήση ενέργειας σε βιομηχανικά και εμπορικά σενάρια, οι μπαταρίες μεγάλης διάρκειας ζωής αποτελούν μόνο ένα μέρος της εξίσωσης. Το κλειδί είναι η ενσωμάτωση της διαχείρισης της μπαταρίας και της διαχείρισης της ζήτησης ενέργειας. Αυτό έχει επιβεβαιωθεί από την Origotek Co., Ltd. σε αρκετά παραδείγματα χρήσης πελατών.

Για παράδειγμα, στο προσαρμόσιμο έργο εικονικού εργοστασίου ενέργειας με σύστημα αποθήκευσης ενέργειας στη Σαντόνγκ (10 MWh), η βελτιστοποίηση των στρατηγικών διάρκειας ζωής της μπαταρίας έκανε σημαντική διαφορά. Με ένα έξυπνο σύστημα BMS και ελέγχου θερμοκρασίας, ο αριθμός των κύκλων φόρτισης/αποφόρτισης των μπαταριών διατηρήθηκε σε επίπεδο άνω του 90% της αρχικής κατάστασης μετά από 2 χρόνια (πάνω από 1.500 κύκλους). Η απόδοση διαχείρισης ενέργειας για τον πελάτη βελτιώθηκε κατά 15%, ενώ το συνολικό κόστος αντικατάστασης μπαταριών μειώθηκε σχεδόν κατά 40%.

Σε ένα άλλο έργο εξομάλυνσης αιχμής στο Τιαντζίν για μια μεταποιητική επιχείρηση, τα προϊόντα αποθήκευσης ενέργειας για βιομηχανική και εμπορική χρήση της 4ης γενιάς μας τροποποίησαν τους ρυθμούς φόρτισης και αποφόρτισης βάσει του προγράμματος παραγωγής της επιχείρησης, κάτι που βοήθησε την επιχείρηση να διατηρηθεί στη μετάβαση προς την ενεργειακή αλλαγή. Το σύστημα μπαταριών λειτουργεί σταθερά εδώ και 4 χρόνια και υποστηρίζει ομαλά τις προσπάθειες ενεργειακής μετάβασης της επιχείρησης.

Συμπέρασμα

Η διάρκεια ζωής του κύκλου της μπαταρίας λιθίου επιτυγχάνεται όταν ενσωματώνεται η τεχνολογία των υλικών, εφαρμόζεται έξυπνη διαχείριση και λαμβάνονται υπόψη όλοι οι παράγοντες του περιβάλλοντος. Από πρακτική άποψη, η μείωση του κόστους αποθήκευσης ενέργειας και η παράταση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας αποτελούν μια κατάσταση «κερδίζει-κερδίζει» για βιομηχανικές και εμπορικές επιχειρήσεις στο οικοσύστημα.

Στην αγορά αποθήκευσης ενέργειας για βιομηχανική και εμπορική χρήση, η εταιρεία The Origotek Co., Ltd θα συνεχίσει να εστιάζει στο σχεδιασμό προσαρμοσμένων λύσεων βελτιστοποίησης απόδοσης μπαταριών, με βάση την επανάληψη της τέταρτης γενιάς συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας, αξιοποιώντας τις εμπειρίες και τις γνώσεις που έχει αποκτήσει. Θα συνεχίσουμε να βοηθάμε τους πελάτες μας στους βιομηχανικούς και εμπορικούς τομείς με συστήματα αποθήκευσης ενέργειας στο ταξίδι της επένδυσης στην ενεργειακή βιωσιμότητα και στις κοινωνίες των αναπτυσσόμενων χωρών.