סוללות ליתיום משמשות כאמצעי לאחסון אנרגיה במערכות איחסון אנרגיה מסחריות ותעשייתיות, וככל שיעילות הפעילות של הסוללות גבוהה יותר, כך גם יעילות הפתרונות לאנרגיה, העלות והקיימות שלהם. עבור עסקים שמבקשים זמין אנרגיה יציב, האתגר הטכנולוגי של הארכת מחזור החיים של סוללות הליתיום הוא חיוני לשימוש יעיל וסביבתי באנרגיה.

כחברה הראשונה בתעשייה ובתחום איחסון האנרגיה המסחרי שתומכת ועדה על התפתחות של איחסון אנרגיה באמצעות סוללות ליתיום מהדור הראשון עד הדור הרביעי, Origotek Co. Ltd יזגה 16 שנים של התמקדות עמוקה בתעשייה ובאיחסון אנרגיה מסחרי, ופיתחה פתרונות אנרגיה מותאמים אישית. בכך, סייענו לאזן בין דרישות האנרגיה לאורך חיי הסוללה בApplications כמו שטיפת שיאים, אספקת חשמל גיבוי, ותחנות כוח וירטואליות, וכן השגנו אופטימיזציה מבוססת תובנות של ביצועי סוללות אנרגיה. במאמר זה נשלב עקרונות תעשייתיים וחדשנות טכנולוגית כדי לתאר את הגורמים המרכזיים שמפחיתים את מחזור החיים של סוללות הליתיום ואת הפרקטיקות התעשייתיות הנוגעות למחזור חיים.

1. הגורמים המרכזיים המשפיעים על מחזור החיים של סוללת ליתיום

מחזור החיים של סוללת ליתיום מוגדר כמספר מחזורי הטעינה והפריקה שהסוללה מסוגלת לעבור לפני שהסוללה מגיעה ל-80% מהקיבולת המקורית. קיים תקן תעשייתי של 80% להגדרת יכולות מחזור חיים. ישנן מספר היבטים שמקושרות זו לזו במטריקה זו, והיכולת להסביר את ההיבטים השונים של המטריקה הזו היא יסודית להארכת חיי הסוללה.

1.1 דעיכת חומר האלקטרודה

האלקטרודות החיוביות והשליליות של סוללות ליתיום הן האתרים המרכזיים להכנסה ולחזרה של יוני ליתיום. לאורך מחזורי שימוש רבים, מבנה הגבישים של חומר האלקטרודה (למשל אוקסיד ליתיום-קוובלט, פוספט ליתיום-ברזל) מתרסק, ומספר יוני הליתיום הזמינים קטן. למשל, בסצנרייה של טעינה בתדר גבוה לאורך זמן במוצרים מסחריים לאחסון אנרגיה, quickening of the formation of "dead lithium" on the negative electrode. "Dead lithium" הוא יוני ליתיום שלא יכולים לחזור ולהיכנס מחדש לאלקטרודה החיובית, ובהתוצאה יש ירידה חמורה בקיבולת הסוללה ובמחזור החיים שלה.

1.2 שגיאות בניהול טעינה-פריקה

אחת הסיבות הנפוצות ביותר לקיצור חיי הסוללה היא הגדרה לא נכונה של פרמטרי טעינה-פריקה. טעינה מופרזת (איבוד בקרת מתח) יכולה לגרום לפירוק החומר האלקטרוליטי וכן לאكسידציה של חומרי האלקטרודה, ופריקה מופרזת (איבוד בקרה מתחת למתח חיתוך) גורמת לנזק בלתי הפיך לאלקטרודה השלילית. בסיטואציות בעולם האמיתי, כמה עסקים מתעלמים מההתאמה בין مواصفات הסוללה לבין ציוד הטעינה, מה שמביא למצבים של טעינה או פריקה מופרזות. זה מזיק במיוחד לאורך מחזור החיים של מערכות סוללות המותקנות למטרות תעסוקתיות ומסחריות.

1.3 תנודות בטמפרטורות הסביבה

בקרת טמפרטורה היא תכונה חשובה במערכות סוללות ליתיום. כאשר הטמפרטורה עולה על 45° צלזיוס, חומרי الإلكטרוליט של הסוללה הופכים לנוזליים מאוד ומתרחשות תגובות לוואי הכוללות פירוק לא רצוי של האלקטרוליט וקורוזיה של האלקטרודה. במקרה השני, בתנאים מתחת ל-0° צלזיוס, תנועת יוני הליתיום נעצרת ופעולת האינטercלציה אינה מושלמת, מה שמוביל לעלייה בהתנגדות הפנימית. במקרים קיצוניים בהם לא מבוקעת הטמפרטורה במערכות סוללות, מחזור החיים של הסוללה יכול להתקצר בין 30%–50%, מה שמהווה בעיה משמעותית ליישומי איחסון אנרגיה ולשימושים תעשייתיים ומסחריים בהתחשב בגאוגרפיות המגוונות.

2. אסטרטגיות טכניות למקסום מחזור החיים של סוללת ליתיום

חברת Origotek Co., Ltd. אינטגרה מאמצי אופטימיזציה הנובעים מהגורמים שהוזכרו לעיל בפיתוח והעיצוב של דור רביעי של מוצרים לאחסון אנרגיה תעשייתיים ומסחריים. אסטרטגיות אלו מכוונות לשיפור חיי מחזור הסוללה, תוך שמירה על יציבות תחת תרחישי יישום מורכבים.

2.1 אופטימיזציה של תערובת חומרי האלקטרודה

במוצרים של הדור הרביעי שינינו את יחסי חומרי האלקטרודות, כאשר הוספנו כמויות זעירות של ניוביום לאלקטרודה החיובית כדי לחזק את יציבות מבנה הגביש, וכן יישמנו ציפוי פחמן מיקרו-פורי על האלקטרודה השלילית לצמצום היווצרות 'ליתיום מת'. זה הביא להגדלת חיי המחזור של סוללות האנרגיה התעשייתיות והמסחריות שלנו במעל ל-20% בהשוואה לדור השלישי, כך שכיום הם עולים על 6,000 מחזורים בתנאי טעינה/פריקה רגילים.

2.2 יישום ניהול חכם של טעינה ופריקה

לשימושים תעשייתיים ומסחריים פיתחנו מערכת ניהול טעינה ופריקה (C&DMS) המותאמת אישית, אשר קובעת באופן עצמאי ומאפשרת התאמה של פרמטרים של זרם ומתח לכל מצב טעינה (SOC) ולכל תרחיש טמפרטורה.
• במהלך הטעינה, כאשר SOC הוא 80% ומעלה, המערכת עוברת לזרם קבוע כדי למנוע טעינה מופרזת.
• במהלך הפריקה, המעגל נקטע כאשר SOC הוא 20% או פחות, כדי למנוע פריקה מופרזת.
• המערכת משולבת לצורך תקשורת בזמן אמת עם מערכת ניהול האנרגיה, ובשילוב עם חסימה מרבית מותאמת ל-SOC, כדי לשפר את אסטרטגיית הפריקה והטעינה עבור פעולות מתוכננות בתחנת כח וירטואלית.

2.3 אימוץ טכנולוגיית בקרת טמפרטורה פעילה

כל מערכות האחסון לאנרגיה התעשייתיות והמסחריות שלנו מצוידות בתכונת שטיפת טמפרטורה. לכן, למערכות האחסון לאנרגיה יש מערכת טמפרטורה פעילה דו-מצבית עם תכונות קירור וחימום.
• בתנאי טמפרטורה גבוהים, קירור באמצעות מחליפים תרמיים נשלטים על פי טמפרטורה שומר על הסוללה בטמפרטורה של 25-35° צלזיוס.
• בתנאי טמפרטורה נמוכה, חימם PTC עם מחליף حرום מחמם את הסוללות ושומר עליהן מעל 5° צלזיוס. בפועל, לפני הטעינה, מתחממים הסוללות עד שהן מעל 5° צלזיוס, מה שמאפשר לlithi intercalation להתרחש.

זה משפר בצורה משמעותית את אורך החיים והאמינות של המערכות בסביבות עם קיצוני טמפרטורה.

3. יישום אסטרטגיות הארכת חיים באחסון אנרגיה תעשייתי ומסחרי

כשמדובר בשימוש בר-קיימא באנרגיה בסצנריים תעשייתיים ומסחריים, סוללות ארוכות חיים הן רק חלק מהמשוואה. אינטגרציה של ניהול סוללות וביקוש לאנרגיה היא המפתח. זה אומת על ידי Origotek Co., Ltd. במספר דוגמאות שימוש אצל לקוחות.

לדוגמה, בפרויקט מפעל כוח וירטואלי של מערכת איחסון אנרגיה הניתנת להתאמה בשנדונג (10MWh), אופטימיזציה של אסטרטגיות לחיי סוללות יצרה הבדל משמעותי. עם מערכת BMS חכמה ומערכת בקרת טמפרטורה, מחזור חיי הסוללות נשמר מעל 90% של המצב הראשוני לאחר שנתיים (מעל 1,500 מחזורי פעולה). יעילות הפצה של האנרגיה של הלקוח השתפרה ב-15%, וסך עלות החלפת הסוללות ירד כמעט ב-40%.

בפרויקט נוסף לגיבוש פיק בטייג'ין לייצור תעשייתי, המוצרים התעשייתיים והמסחריים הדור הרביעי שלנו לאחסון אנרגיה שינו את דרכי הטעינה והפריקה בהתאם ללוחות הזמנים של הייצור של המפעל, מה שעזר לתמוך בהמרת האנרגיה של המפעל. מערכת הסוללות פועלת בצורה יציבה במשך 4 שנים ותומכת באופן חלק במאמצי המעבר האנרגטי של המפעל.

סיכום

מחזור החיים של סוללת הליתיום מושג כאשר הטכנולוגיה של החומרים משולבת, מתקיימת ניהול חכם, ומבואים בחשבון כל הגורמים הסביבתיים. מנקודת מבט מעשית, הפחתה בעלות איחסון האנרגיה והארכה של חיי הסוללה מהווות מצב ניצחון עבור יצרניות ועסקיים במערכת האקולוגית.

בשוק איחסון האנרגיה לשימוש תעשייתי ומסחרי, הידע והניסיון שהצטברו בחברת The Origotek Co., Ltd ימשיכו להתמקד בעיצוב פתרונות מותאמים לאופטימיזציה של ביצועי סוללות, בהתאם לשדרוג של דור רביעי של מערכות איחסון אנרגיה. אנו נמשיך לסייע ללקוחות שלנו במגזר התעשייתי והמסחרי עם מערכות איחסון אנרגיה במסע להשקעה ברמת קיימות אנרגטית ובחברות של מדינות מתפתחות.