Litij-ionske baterije služe kao sredstvo za pohranu energije u komercijalnim i industrijskim sustavima za pohranu energije, a učinkovitost, troškovi i održivost energetskih rješenja ovise o radnoj učinkovitosti baterija. Za poduzeća koja se fokusiraju na stabilnu opskrbu energijom, tehnički izazov produljenja vijeka trajanja ciklusa litij-ionskih baterija ključan je za ekološki prihvatljivu upotrebu energije.

Kao prva tvrtka u industriji i području komercijalnog energetskog skladištenja koja je pružila podršku i svjedočila evoluciji litij-ionskih baterija za pohranu energije od prve do četvrte generacije, naših 16 godina duboke stručnosti u industriji i komercijalnom skladištenju energije, Origotek Co. Ltd je osigurala prilagođena energetska rješenja. Na taj način smo pomogli uravnotežiti potražnju za energijom i vijek trajanja baterija kod smanjenja vršnog opterećenja, rezervnog napajanja te u virtualnim elektranama, te ostvarili uvide u optimizaciju performansi baterija za pohranu energije. U ovom članku industrijske prakse i tehnološke inovacije biti će spojene kako bi se prikazali ključni faktori koji smanjuju vijek ciklusa litij-ionskih baterija i industrijske prakse vezane uz vijek ciklusa.

1. Ključni faktori koji utječu na vijek ciklusa litij-ionskih baterija

Vijek trajanja ciklusa litijeve baterije definira se kao broj ciklusa punjenja i pražnjenja koje baterija može podnijeti prije nego što dostigne kapacitet od 80% izvornog kapaciteta. Postoji industrijski standard od 80% za definiranje mogućnosti vijeka trajanja ciklusa. Postoji niz međusobno povezanih aspekata ove metrike, a sposobnost artikuliranja različitih aspekata ove metrike temeljna je za produljenje vijeka trajanja baterije.

1.1 Degradacija elektrodskog materijala

Pozitivne i negativne elektrode litij-ionskih baterija su ključni spojevi za interkalaciju i deinterkalaciju litij-iona. Tijekom brojnih ciklusa dolazi do kolapsa kristalne strukture materijala elektrode (litij-kobalt oksid, litij-željezo fosfat itd.), a smanjuje se i broj dostupnih litij-iona. Na primjer, u dugotrajnim uvjetima punjenja velikom strujom komercijalno dostupnih proizvoda za pohranu energije, ubrzava se stvaranje tzv. "mrtvog litija" na negativnoj elektrodi. "Mrtvi litij" predstavlja litij-ione koji više ne mogu ponovno interkalirati u pozitivnu elektrodu, što rezultira značajnim smanjenjem kapaciteta baterije i vijeka trajanja ciklusa.

1.2 Pogreške u upravljanju punjenjem i pražnjenjem

Jedan od najčešćih razloga skraćenja vijeka trajanja baterije je nepravilna postavka parametara punjenja i pražnjenja. Prekomjerno punjenje (gubitak kontrole nad naponom) može uzrokovati razgradnju elektrolita kao i oksidaciju materijala elektroda, dok prekomjerno pražnjenje (gubitak kontrole ispod napona isključenja) uzrokuje trajna oštećenja negativne elektrode. U stvarnim uvjetima, neki poslovni subjekti zanemaruju usklađenost između specifikacija baterije i opreme za punjenje, što dovodi do situacija prekomjernog punjenja ili pražnjenja. To je posebno štetno za ciklički vijek baterijskih sustava instaliranih u industrijske i komercijalne svrhe.

1.3 Fluktuacije temperature okoline

Upravljanje temperaturom važna je značajka litij-ionskih baterijskih sustava. Kada temperatura premaši 45°C, elektroliti u bateriji postaju vrlo tekući i dolazi do bočnih reakcija koje uključuju neželjenu razgradnju elektrolita te koroziju elektroda. S druge strane, pri temperaturama ispod 0°C, gibanje litij-iona je zaustavljeno, a interkalacija je nepotpuna, što uzrokuje povećanje unutarnjeg otpora. U ekstremnim slučajevima baterijskih sustava u kojima se temperatura ne upravlja, vijek trajanja ciklusa baterije može se smanjiti između 30% i 50%, što ostaje značajan problem za skladištenje energije te industrijske i komercijalne primjene s obzirom na različite geografske regije.

2. Tehničke strategije za maksimizaciju vijeka trajanja ciklusa litij-ionskih baterija

Kompanija The Origotek Co., Ltd. integrirala je optimizacijske napore proizašle iz gore navedenih čimbenika u istraživanje i razvoj te dizajn svojih energetskih spremnika četvrte generacije za industrijsku i komercijalnu uporabu. Takve strategije usmjerene su na poboljšanje vijeka trajanja baterija uz održavanje stabilnosti u složenim scenarijima primjene.

2.1 Optimizacija sastava elektrodnih materijala

Za proizvode četvrte generacije, promijenili smo omjere materijala elektroda tako da dodamo tragove niobija pozitivnoj elektrodi radi poboljšanja stabilizacije kristalne strukture te primjenjujemo porozni ugljični premaz na negativnu elektrodu kako bismo smanjili stvaranje "mrtvog litija". To je rezultiralo povećanjem vijeka trajanja baterija za industrijsku i komercijalnu energetsku pohranu za više od 20% u odnosu na treću generaciju, koja sada premašuje 6.000 ciklusa pod standardnim uvjetima punjenja i pražnjenja.

2.2 Uvođenje inteligentnog upravljanja punjenjem i pražnjenjem

Za industrijske i komercijalne primjene, prilagodili smo sustav za upravljanje punjenjem i pražnjenjem (C&DMS) koji neovisno određuje i prilagođava parametre struje i napona za bilo koje stanje punjenja (SOC) i temperaturni scenarij.
• Tijekom punjenja, kada je SOC 80% ili više, prebacuje se na konstantnu struju kako bi se spriječilo prekomjerno punjenje.
• Tijekom pražnjenja, krug se isključuje kada je SOC 20% ili niži kako bi se spriječilo prekomjerno pražnjenje.
• Integriran je za stvarnovremenu komunikaciju s sustavom za upravljanje energijom te s optimiziranim SOC vršnim smanjenjem radi poboljšanja strategije pražnjenja i punjenja za planirane operacije virtualne elektrane.

2.3 Primjena aktivne tehnologije upravljanja temperaturom

Svi naši industrijski i komercijalni sustavi za pohranu energije imaju značajku izjednačavanja temperature. Stoga sustavi za pohranu energije imaju dvostruki aktivni temperaturni sustav s mogućnostima hlađenja i grijanja.
• U uvjetima visoke temperature, hlađenje kontroliranim tekućim izmjenjivačem topline održava bateriju na temperaturi od 25-35°C.
• U uvjetima niske temperature, PTC grijač s izmjenjivačem topline zagrijava baterije i održava ih iznad 5°C. Konkretno, prije punjenja provodi se zagrijavanje baterije dok ne dostigne temperaturu iznad 5°C, što omogućuje normalnu interkalaciju litija.

To znatno poboljšava vijek trajanja i pouzdanost sustava u ekstremnim temperaturnim uvjetima.

3. Primjena strategija produljenja vijeka trajanja u industrijskim i komercijalnim sustavima za pohranu energije

Kada je riječ o održivoj uporabi energije u industrijskim i komercijalnim scenarijima, dugotrajne baterije su samo dio jednadžbe. Ključna je integracija upravljanja baterijama i upravljanja potražnjom energije. To je potvrdila tvrtka Origotek Co., Ltd. kroz nekoliko primjera korištenja kod kupaca.

Na primjer, u projektu virtualne elektrane za prilagodljivi sustav za pohranu energije u Šandongu (10 MWh), optimizacija strategija vijeka trajanja baterija imala je značajan utjecaj. Zahvaljujući inteligentnom BMS-u i sustavu upravljanja temperaturom, ciklusni vijek baterija održan je na više od 90% početnog stanja nakon 2 godine (više od 1.500 ciklusa). Učinkovitost raspodjele energije kod kupca poboljšana je za 15%, a ukupni trošak zamjene baterija smanjen je skoro za 40%.

U drugom projektu smanjenja vršnog opterećenja u Tianjinu za proizvodno poduzeće, naši proizvodi četvrte generacije za industrijsko i komercijalno pohranjivanje energije prilagodili su ritmove punjenja i pražnjenja prema rasporedu proizvodnje poduzeća, što je pomoglo poduzeću u održivom energetskom prijelazu. Baterijski sustav stabilno radi već 4 godine i neometano podržava napore poduzeća u energetskoj transformaciji.

Zaključak

Vijek trajanja litij-ionske baterije postiže se kada se integrira tehnologija materijala, uvede pametno upravljanje te uzmu u obzir svi okolišni faktori. S praktičnog stajališta, smanjenje troškova pohrane energije i produljenje vijeka trajanja baterije predstavlja dobitnu situaciju za industrijska i komercijalna poduzeća u ekosustavu.

Na tržištu pohrane energije za industrijsku i komercijalnu uporabu, Origotek Co., Ltd. i dalje će usredotočiti svoje naporno stečeno znanje i stručnost na dizajn prilagođenih rješenja za optimizaciju performansi baterija, u skladu s evolucijom sustava pohrane energije četvrte generacije. Nastavit ćemo pomaći svojim kupcima u industrijskom i komercijalnom sektoru s sustavima pohrane energije na putu ulaganja u održivost energije te u društvima u razvoju.