Las baterías de litio actúan como medio de almacenamiento de energía en sistemas comerciales e industriales de almacenamiento energético, y la eficacia, los costos y la sostenibilidad de las soluciones energéticas dependen de la eficiencia operativa de estas baterías. Para las empresas enfocadas en un suministro energético estable, el desafío técnico de extender la vida útil del ciclo de las baterías de litio es fundamental para el uso ambientalmente responsable de la energía.

Como la primera empresa de la industria y del campo de almacenamiento energético comercial en asistir y presenciar la evolución del almacenamiento de energía con baterías de litio desde la primera hasta la cuarta generación, nuestros 16 años de profunda experiencia en la industria y en el almacenamiento energético comercial han permitido a Origotek Co. Ltd crear soluciones energéticas personalizadas. De este modo, hemos ayudado a equilibrar las demandas energéticas y la vida útil de las baterías en aplicaciones de reducción de picos, suministro de energía de respaldo y plantas de energía virtual, además de haber realizado optimizaciones basadas en análisis profundos del rendimiento de las baterías de almacenamiento de energía. En este artículo, se combinarán prácticas industriales e innovaciones tecnológicas para diagramar los factores centrales que reducen la vida útil cíclica de las baterías de litio y las prácticas industriales relacionadas con la vida útil cíclica.

1. Factores clave que afectan la vida útil cíclica de las baterías de litio

La vida útil de un ciclo de una batería de litio se define como el número de ciclos de carga-descarga que la batería puede realizar antes de que alcance una capacidad del 80% de su capacidad original. Existe un estándar industrial del 80% para definir las capacidades de vida útil en ciclos. Hay varios aspectos interrelacionados en esta métrica, y poder articular los distintos aspectos de esta métrica es fundamental para prolongar la vida útil de una batería.

1.1 Degradación del Material del Electrodo

Los electrodos positivo y negativo de las baterías de litio son los sitios centrales para la intercalación y desintercalación de iones de litio. Después de numerosos ciclos, las estructuras cristalinas del material del electrodo (óxido de litio y cobalto, fosfato de litio y hierro, etc.) colapsan, y disminuye el número de iones de litio disponibles. Por ejemplo, en escenarios de carga de alta corriente a largo plazo en productos comerciales de almacenamiento de energía, se acelera la formación de "litio muerto" en el electrodo negativo. El "litio muerto" hace referencia a iones de litio que no pueden volver a intercalarse en el electrodo positivo, lo que provoca una reducción severa de la capacidad de la batería y de su vida útil en ciclos.

1.2 Errores en la gestión de carga-descarga

Una de las razones más comunes por las que se acorta la vida útil de la batería es la configuración inadecuada de los parámetros de carga y descarga. La sobrecarga (pérdida de control de voltaje) puede provocar la descomposición del electrolito así como la oxidación de los materiales del electrodo, y la sobredescarga (pérdida de control por debajo del voltaje de corte) causa daños irreversibles en el electrodo negativo. En situaciones reales, algunas empresas pasan por alto la correspondencia entre las especificaciones de la batería y el equipo de carga, lo que lleva a situaciones de sobrecarga/sobredescarga. Esto es particularmente perjudicial para la vida útil en ciclos de los sistemas de baterías instalados con fines industriales y comerciales.

1.3 Fluctuaciones en las temperaturas ambientales

El control de temperatura es una característica importante en los sistemas de baterías de litio. Cuando la temperatura supera los 45 °C, los electrolitos de la batería se vuelven altamente fluidos y ocurren reacciones secundarias que incluyen descomposición no deseada del electrolito y corrosión del electrodo. En el extremo opuesto, en condiciones bajo 0 °C, el movimiento de iones de litio se congela y la intercalación es incompleta, lo que provoca un aumento de la resistencia interna. En casos extremos donde no se controla la temperatura en los sistemas de baterías, la vida útil cíclica puede reducirse entre un 30 % y un 50 %, lo cual sigue siendo un problema significativo para aplicaciones industriales, comerciales y de almacenamiento de energía considerando las diversas geografías.

2. Estrategias técnicas para maximizar la vida útil cíclica de las baterías de litio

La Origotek Co., Ltd. ha integrado los esfuerzos de optimización derivados de los factores anteriores en la I+D y el diseño de sus productos de almacenamiento de energía industrial y comercial de cuarta generación. Dichas estrategias están orientadas a mejorar la vida útil del ciclo de la batería manteniendo la estabilidad en escenarios de aplicación complejos.

2.1 Optimizar la formulación del material del electrodo

Para los productos de cuarta generación, modificamos las proporciones de los materiales de los electrodos al incluir cantidades traza de niobio en el electrodo positivo para mejorar la estabilización de la estructura cristalina, y aplicamos un recubrimiento de carbono poroso en el electrodo negativo para minimizar la formación de "litio muerto". Esto ha resultado en un aumento superior al 20 % en la vida útil del ciclo de nuestras baterías de almacenamiento de energía industrial y comercial en comparación con la tercera generación, superando ahora las 6.000 ciclos bajo condiciones estándar de carga y descarga.

2.2 Implementar una gestión inteligente de carga y descarga

Para aplicaciones industriales y comerciales, hemos personalizado un Sistema de Gestión de Carga y Descarga (C&DMS) que determina y adapta de forma independiente los parámetros de corriente y voltaje para cualquier estado de carga (SOC) y escenario de temperatura.
• Durante la carga, cuando el SOC es del 80 % o superior, cambia a corriente constante para evitar la sobrecarga.
• Durante la descarga, el circuito se desconecta cuando el SOC es del 20 % o inferior para evitar la sobredescarga.
• Está integrado para comunicarse en tiempo real con el sistema de gestión energética y con el ahorro de picos optimizado según el SOC, mejorando así la estrategia de descarga y carga para operaciones programadas de plantas de energía virtual.

2.3 Adopta Tecnología de Control Activo de Temperatura

Todos nuestros sistemas de almacenamiento de energía industriales y comerciales cuentan con funciones de nivelación térmica. Por lo tanto, los sistemas de almacenamiento de energía disponen de un sistema activo de temperatura de doble modo con funciones de refrigeración y calefacción.
• En condiciones de alta temperatura, el enfriamiento mediante intercambiadores de calor líquidos controlados por temperatura mantiene la batería a una temperatura de entre 25 y 35 °C.
• En condiciones de baja temperatura, un calentador PTC con intercambiador de calor calienta las baterías y mantiene su temperatura por encima de los 5 °C. Concretamente, antes de la carga, se realiza un calentamiento de la batería hasta que esta supere los 5 °C, permitiendo así que tenga lugar la intercalación de litio.

Esto mejora considerablemente la vida útil y la fiabilidad de los sistemas en condiciones cercanas a los extremos de temperatura.

3. Aplicación de estrategias de prolongación de vida en almacenamiento de energía industrial y comercial

En lo que respecta al uso sostenible de la energía en entornos industriales y comerciales, las baterías de larga duración son solo una parte de la ecuación. Es fundamental integrar la gestión de la batería y la demanda energética. Esto ha sido validado por Origotek Co., Ltd. en varios ejemplos de uso por clientes.

Por ejemplo, en el proyecto personalizable de planta de energía virtual con sistema de almacenamiento de energía en Shandong (10 MWh), la optimización de las estrategias de vida útil de las baterías marcó una diferencia considerable. Con un BMS inteligente y un sistema de control de temperatura, la vida útil en ciclos de las baterías se ha mantenido por encima del 90 % respecto al estado inicial después de 2 años (más de 1.500 ciclos). La eficiencia del despacho de energía del cliente mejoró un 15 % y el costo total de reemplazo de baterías disminuyó casi un 40 %.

En otro proyecto de reducción de picos en Tianjin para una empresa manufacturera, nuestros productos de almacenamiento de energía industrial y comercial de cuarta generación modificaron los ritmos de carga y descarga según los horarios de producción de la empresa, lo que ayudó a sostener su transformación energética. El sistema de baterías ha funcionado establemente durante 4 años y ha respaldado sin interrupciones los esfuerzos de transformación energética de la empresa.

Conclusión

La vida útil de ciclos de la batería de litio se logra cuando se integra la tecnología de los materiales, se implementa una gestión inteligente y se tienen en cuenta todos los factores ambientales. Desde una perspectiva práctica, la reducción del costo de almacenamiento de energía y la prolongación de la vida útil de la batería representan una ventaja mutua para las empresas industriales y comerciales dentro del ecosistema.

En el mercado de almacenamiento de energía para usos industriales y comerciales, las prácticas y conocimientos adquiridos agresivamente por The Origotek Co., Ltd seguirán enfocándose en el diseño de soluciones personalizadas de optimización del rendimiento de baterías, alineadas con la iteración de la cuarta generación de sistemas de almacenamiento de energía. Seguiremos ayudando a nuestros clientes en los sectores industriales y comerciales con sistemas de almacenamiento de energía en su camino hacia la inversión en sostenibilidad energética y en las sociedades de países en desarrollo.