Le batterie al litio fungono da mezzo di accumulo energetico nei sistemi di accumulo di energia commerciale e industriale, e l'efficacia, i costi e la sostenibilità delle soluzioni energetiche dipendono dall'efficienza operativa delle batterie. Per le aziende orientate a un approvvigionamento energetico stabile, la sfida tecnica del prolungamento della durata ciclica delle batterie al litio è fondamentale per un utilizzo energeticamente sostenibile.

Come prima azienda del settore e del campo dello storage energetico commerciale a supportare e assistere all'evoluzione dello storage energetico a batterie al litio dalla prima alla quarta generazione, grazie ai nostri 16 anni di profonda esperienza accumulata nel settore dello storage energetico industriale e commerciale, Origotek Co. Ltd ha sviluppato soluzioni energetiche personalizzate. In questo modo, abbiamo contribuito a bilanciare la domanda energetica e la durata delle batterie in applicazioni come lo spostamento dei picchi di carico, l'alimentazione di riserva e le centrali elettriche virtuali, apportando ottimizzazioni mirate alle prestazioni delle batterie. In questo articolo, pratiche industriali e innovazioni tecnologiche si fonderanno per illustrare i principali fattori che riducono il ciclo di vita delle batterie al litio e le migliori pratiche industriali relative al ciclo di vita.

1. Fattori principali che influenzano il ciclo di vita delle batterie al litio

La vita ciclica di una batteria al litio è definita come il numero di cicli di carica-scarica che la batteria è in grado di sopportare prima di raggiungere una capacità pari all'80% della capacità originale. Esiste uno standard industriale dell'80% per definire le prestazioni della vita ciclica. A questa metrica sono associati diversi aspetti interconnessi, e saper descrivere i vari aspetti di tale metrica è fondamentale per prolungare la vita della batteria.

1.1 Degradazione del materiale dell'elettrodo

Gli elettrodi positivo e negativo delle batterie al litio sono i siti principali per l'intercalazione e deintercalazione degli ioni litio. Dopo numerosi cicli, la struttura cristallina del materiale dell'elettrodo (come ossido di cobalto e litio, fosfato di ferro e litio, ecc.) collassa e il numero di ioni litio disponibili diminuisce. Ad esempio, in condizioni di ricarica a lungo termine con corrente elevata tipiche dei prodotti di accumulo energetico commerciali, si accelera la formazione di "litio morto" sull'elettrodo negativo. Il "litio morto" indica ioni litio che non possono più intercalarsi nell'elettrodo positivo, riducendo così in modo significativo la capacità della batteria e la sua vita utile in termini di cicli.

1.2 Errori nella gestione della carica-scarica

Uno dei motivi più comuni per cui si riduce la durata della batteria è l'impostazione impropria dei parametri di carica-scarica. La sovraccarica (perdita del controllo della tensione) può causare la decomposizione dell'elettrolita nonché l'ossidazione dei materiali degli elettrodi, mentre la scarica eccessiva (perdita di controllo al di sotto della tensione di cutoff) provoca danni irreversibili all'elettrodo negativo. Nella pratica, alcune aziende trascurano la corrispondenza tra le specifiche della batteria e l'apparecchiatura di ricarica, portando a situazioni di sovraccarica/sovrascarica. Questo è particolarmente dannoso per la vita ciclica dei sistemi batterici installati per scopi industriali e commerciali.

1.3 Fluttuazioni delle temperature ambientali

Il controllo della temperatura è una caratteristica importante dei sistemi a batteria al litio. Quando la temperatura supera i 45°C, gli elettroliti della batteria diventano altamente fluidi e si verificano reazioni secondarie che includono la decomposizione indesiderata dell'elettrolita e la corrosione dell'elettrodo. Nell'altro estremo, in condizioni sotto lo 0°C, il movimento degli ioni litio è bloccato e l'intercalazione è incompleta, causando un aumento della resistenza interna. Nei casi estremi di sistemi a batteria in cui la temperatura non è controllata, la durata del ciclo della batteria può ridursi dal 30% al 50%, un problema significativo per le applicazioni di accumulo di energia e per usi industriali e commerciali, considerando le diverse geografie.

2. Strategie tecniche per massimizzare la durata del ciclo delle batterie al litio

La Origotek Co., Ltd. ha integrato gli sforzi di ottimizzazione derivanti dai fattori sopra menzionati nella ricerca e sviluppo e nel design della sua quarta generazione di prodotti per l'accumulo di energia industriale e commerciale. Tali strategie mirano a migliorare la durata ciclica delle batterie mantenendo al contempo la stabilità in scenari applicativi complessi.

2.1 Ottimizzare la formulazione del materiale dell'elettrodo

Per i prodotti di quarta generazione, abbiamo modificato i rapporti dei materiali degli elettrodi includendo tracce di niobio nell'elettrodo positivo per migliorare la stabilizzazione della struttura cristallina e applicando un rivestimento in carbonio poroso sull'elettrodo negativo per ridurre al minimo la formazione di "lithio morto". Ciò ha portato a un aumento superiore al 20% della durata ciclica delle nostre batterie per l'accumulo di energia industriale e commerciale rispetto alla terza generazione, che ora supera le 6.000 ricariche in condizioni standard di carica e scarica.

2.2 Implementare una gestione intelligente della carica e scarica

Per applicazioni industriali e commerciali, abbiamo personalizzato un sistema di gestione della carica e scarica (C&DMS) che determina e adatta autonomamente i parametri di corrente e tensione per qualsiasi stato di carica (SOC) e scenario termico.
• Durante la carica, quando lo stato di carica (SOC) è pari all'80% o superiore, il sistema passa alla modalità a corrente costante per evitare sovraccariche.
• Durante la scarica, il circuito viene interrotto quando lo stato di carica (SOC) è al 20% o inferiore per evitare scariche eccessive.
• È integrato per comunicare in tempo reale con il sistema di gestione energetica e, grazie allo shaving di picco ottimizzato in base allo stato di carica (SOC), migliora le strategie di scarica e carica per le operazioni pianificate delle centrali elettriche virtuali.

2.3 Adozione della tecnologia di controllo attivo della temperatura

Tutti i nostri sistemi di accumulo energetico industriali e commerciali sono dotati di funzionalità di livellamento termico. Pertanto, i sistemi di accumulo energetico dispongono di un sistema attivo a doppia modalità per il controllo della temperatura, con funzioni di raffreddamento e riscaldamento.
• In condizioni di alta temperatura, il raffreddamento mediante scambiatori termici a liquido controllati in temperatura mantiene la batteria a una temperatura compresa tra 25 e 35 °C.
• In condizioni di bassa temperatura, un riscaldatore PTC con scambiatore termico riscalda le batterie e le mantiene al di sopra dei 5 °C. Concretamente, prima della ricarica, il riscaldamento della batteria viene effettuato finché non supera i 5 °C, permettendo così il normale svolgimento dell'intercalazione del litio.

Questo migliora notevolmente la durata e l'affidabilità dei sistemi in condizioni di temperature estreme.

3. Applicazione di strategie per l'estensione della vita utile nei sistemi di accumulo energetico industriali e commerciali

Per quanto riguarda l'uso sostenibile dell'energia negli scenari industriali e commerciali, le batterie a lunga durata sono solo una parte dell'equazione. È fondamentale integrare la gestione delle batterie con quella della domanda energetica. Ciò è stato validato da Origotek Co., Ltd. in diversi esempi di utilizzo da parte di clienti.

Ad esempio, nel progetto personalizzabile di sistema di accumulo energetico per una centrale elettrica virtuale nello Shandong (10 MWh), l'ottimizzazione delle strategie di durata della batteria ha fatto una notevole differenza. Grazie a un BMS intelligente e a un sistema di controllo termico, la vita ciclica delle batterie è stata mantenuta superiore al 90% rispetto allo stato iniziale dopo 2 anni (oltre 1.500 cicli). L'efficienza del dispatch energetico del cliente è migliorata del 15% e il costo totale di sostituzione delle batterie è diminuito di quasi il 40%.

In un altro progetto di shaving di picco a Tianjin per un'azienda manifatturiera, le nostre batterie di accumulo energetico industriali e commerciali di quarta generazione hanno modificato i ritmi di carica e scarica in base ai programmi produttivi dell'azienda, contribuendo a sostenere la trasformazione energetica. Il sistema batteria ha funzionato stabilmente per 4 anni, supportando senza interruzioni gli sforzi di transizione energetica dell'azienda.

Conclusione

La durata dei cicli delle batterie al litio si ottiene quando la tecnologia dei materiali è integrata, viene implementata una gestione intelligente e vengono presi in considerazione tutti i fattori ambientali. Da un punto di vista pratico, la riduzione del costo dell'accumulo di energia e il prolungamento della vita della batteria rappresentano una soluzione vantaggiosa sia per le imprese industriali che commerciali all'interno dell'ecosistema.

Nel mercato dell'accumulo di energia per uso industriale e commerciale, le consolidate competenze e conoscenze acquisite da The Origotek Co., Ltd rimarranno focalizzate sulla progettazione di soluzioni personalizzate per l'ottimizzazione delle prestazioni delle batterie, in linea con l'evoluzione della quarta generazione di sistemi di accumulo energetico. Continueremo a supportare i nostri clienti nei settori industriale e commerciale con sistemi di accumulo di energia nel loro percorso di investimento nella sostenibilità energetica e nelle società dei paesi in via di sviluppo.