Lithiumbatterijen fungeren als opslagmedium voor energie in commerciële en industriële energiesystemen, en de effectiviteit, kosten en duurzaamheid van energiesystemen zijn afhankelijk van de operationele efficiëntie van de batterijen. Voor bedrijven die gericht zijn op een stabiele energievoorziening, is de technische uitdaging om de levensduur van lithiumbatterijen te verlengen van cruciaal belang voor het milieuvriendelijk gebruik van energie.

Als het eerste bedrijf in de industrie en het commerciële energieopslaggebied dat heeft bijgedragen aan en getuige is geweest van de evolutie van lithiumbatterijenergieopslag van de eerste naar de vierde generatie, heeft Origotek Co. Ltd in haar 16 jaar diepgaande ervaring in de industrie en commerciële energieopslag op maat gemaakte energiesystemen ontwikkeld. Daarmee hebben we geholpen om de balans te bewaren tussen energievraag en levensduur van batterijen bij piekvermindering, back-upstroomvoorziening en virtuele elektriciteitscentrales, en inzicht gegeven in optimalisaties van prestaties van energiebatterijen. In dit artikel worden industriële praktijken en technologische innovaties gecombineerd om de kernfactoren die de cycluslevensduur van lithiumbatterijen beïnvloeden en industriële praktijken daaromtrent uit te leggen.

1. Kernfactoren die de cycluslevensduur van lithiumbatterijen beïnvloeden

De cyclustijd van een lithiumbatterij wordt gedefinieerd als het aantal laad-ontlaadcycli dat de batterij kan ondergaan voordat de capaciteit daalt tot 80% van de oorspronkelijke capaciteit. Er is een industrienorm van 80% om de cyclustijd te bepalen. Er zijn een aantal met elkaar verweven aspecten die bij deze maatstaf horen, en het kunnen uitleggen van deze verschillende aspecten is essentieel voor het verlengen van de levensduur van een batterij.

1.1 Degradatie van elektrodemateriaal

De positieve en negatieve elektroden van lithiumbatterijen zijn de kernlocaties voor intercalatie en deintercalatie van lithiumionen. Naarmate het aantal cycli toeneemt, storten de kristalstructuren van het elektrodemateriaal (zoals lithium-cobaltoxide, lithium-ijzerfosfaat, enz.) ineen en neemt het aantal beschikbare lithiumionen af. Bijvoorbeeld bij langdurig laden met hoge stroom in commerciële opslagproducten wordt de vorming van 'dood lithium' op de negatieve elektrode versneld. 'Dood lithium' zijn lithiumionen die niet meer kunnen terugkeren naar de positieve elektrode, waardoor de capaciteit en levensduur van de batterij sterk afnemen.

1.2 Fouten in laad-ontlaadbeheer

Een van de meest voorkomende redenen voor het verkorten van de levensduur van een batterij is de onjuiste instelling van laad-ontlaadparameters. Opladen tot boven het maximum (verlies van spanningscontrole) kan decompositie van de elektrolyt veroorzaken, evenals oxidatie van elektrodematerialen, en ontladen onder de minimumgrens (verlies van controle onder de afsnijspanning) zorgt ervoor dat de negatieve elektrode onherstelbare schade oploopt. In de praktijk negeren sommige bedrijven de overeenstemming tussen de specificaties van de batterij en de oplaadapparatuur, wat leidt tot overladen/overontladen. Dit is bijzonder schadelijk voor de levensduur van batterij-systemen die zijn geïnstalleerd voor industriële en commerciële doeleinden.

1.3 Temperatuurschommelingen in de omgeving

Temperatuurregeling is een belangrijke functie van lithiumbatterij-systemen. Wanneer de temperatuur boven de 45°C komt, worden de batterij-elektrolyten zeer vloeibaar en treden nevenreacties op, waaronder ongewenste ontleding van elektrolyt en corrosie van de elektrode. Aan het andere uiterste, bij temperaturen onder 0°C, bevriezen de lithium-ionenbewegingen en is intercalatie onvolledig, wat leidt tot een toename van de interne weerstand. In extreme gevallen waarin de temperatuur van batterij-systemen niet wordt geregeld, kan de levensduur van de batterij met 30% tot 50% afnemen, wat nog steeds een groot probleem vormt voor energieopslag en industriële en commerciële toepassingen gezien de diverse geografische omstandigheden.

2. Technische strategieën om de levensduur van lithiumbatterijen te maximaliseren

Origotek Co., Ltd. heeft de optimalisatie-inspanningen die voortvloeien uit de bovenstaande factoren geïntegreerd in de R&D en het ontwerp van haar energieopslagproducten voor industrieel en commercieel gebruik van de vierde generatie. Dergelijke strategieën zijn gericht op het verbeteren van de levensduur van de batterijen, terwijl de stabiliteit onder complexe toepassingssituaties behouden blijft.

2.1 Optimalisatie van de formulering van elektrodemateriaal

Voor de producten van de vierde generatie hebben wij de verhoudingen van de elektrodematerialen aangepast door sporen van niobium toe te voegen aan de positieve elektrode om de stabilisatie van de kristalstructuur te verbeteren, en door een poreuze koolstofcoating aan te brengen op de negatieve elektrode om de vorming van 'dood lithium' tot een minimum te beperken. Dit heeft geleid tot een toename van meer dan 20% in de cyclustal van onze industriële en commerciële energieopslagbatterijen ten opzichte van de derde generatie, die nu onder standaard laad- en ontlaadsomstandigheden meer dan 6.000 cycli overschrijdt.

2.2 Implementatie van intelligente laad- en ontlaadbeheersing

Voor industriële en commerciële toepassingen hebben we een aangepast laad- en ontladingsbeheersysteem (C&DMS) ontwikkeld dat onafhankelijk de parameters van stroom en spanning bepaalt en aanpast voor elke laadtoestand (SOC) en temperatuursituatie.
• Tijdens het laden schakelt het over naar constante stroom wanneer de SOC 80% of hoger is, om overladen te voorkomen.
• Tijdens het ontladen wordt de stroomkring onderbroken wanneer de SOC 20% of lager is, om overontlading te voorkomen.
• Het is geïntegreerd om in real-time te communiceren met het energiebeheersysteem en maakt gebruik van SOC-geoptimaliseerde piekvermindering om de ontladings- en laadstrategie te verbeteren voor geplande operaties van virtuele elektriciteitscentrales.

2.3 Actieve temperatuurregelingstechnologie toepassen

Al onze industriële en commerciële energiesystemen beschikken over temperatuurvlakking. De energiesystemen zijn daarom uitgerust met een tweemodig actief temperatuursysteem met functies voor koeling en verwarming.
• Onder hoge-temperatuurcondities zorgt koeling via temperatuurgecontroleerde vloeibare warmtewisselaars ervoor dat de batterij op een temperatuur van 25-35°C wordt gehouden.
• Onder lage-temperatuurcondities verwarmt een PTC-verwarmer met warmtewisselaar de batterijen en houdt deze boven de 5°C. Concreet wordt de batterij voor het laden opgewarmd tot boven 5°C, zodat lithiüm-intercalatie kan plaatsvinden.

Dit verbetert aanzienlijk de levensduur en betrouwbaarheid van de systemen bij extreme temperaturen.

3. Toepassing van levensduurverlengende strategieën in industrieel en commercieel energieopslag

Wat betreft duurzaam energiegebruik in industriële en commerciële toepassingen is een lange levensduur van batterijen slechts een onderdeel van de oplossing. De integratie van batterij- en vraagenergiebeheer is cruciaal. Dit is gevalideerd door Origotek Co., Ltd. in verschillende praktijkvoorbeelden bij klanten.

Bijvoorbeeld in het aanpasbare project voor een virtuele elektriciteitscentrale met energieopslag in Shandong (10 MWh) maakte de optimalisatie van de levensduurstrategieën voor batterijen een aanzienlijk verschil. Met een intelligente BMS en temperatuurregelsysteem is de cycluslevensduur van de batterijen na 2 jaar (meer dan 1.500 cycli) behouden op meer dan 90 procent van de initiële toestand. De efficiëntie van de klantelijke energieafgifte verbeterde met 15 procent, en de totale kosten voor batterijvervanging daalden bijna met 40 procent.

In een ander piekverminderingsproject in Tianjin voor een productiebedrijf hebben onze industriële en commerciële energieopslagproducten van de vierde generatie de oplaad- en ontladingscycli aangepast op basis van de productieplanning van het bedrijf, wat heeft bijgedragen aan een soepele energietransitie. Het batterijensysteem functioneert al stabiel gedurende 4 jaar en ondersteunt probleemloos de inspanningen van het bedrijf op het gebied van energietransitie.

Conclusie

De levensduur van een lithiumbatterij wordt bereikt wanneer de technologie voor materialen is geïntegreerd, slim beheer is ingevoerd en alle omgevingsfactoren in overweging zijn genomen. Vanuit praktisch oogpunt is de verlaging van de kosten voor energieopslag en de verlenging van de batterijlevensduur een win-winsituatie voor industriële en commerciële ondernemingen in het ecosysteem.

Op de markt voor energieopslag voor industrieel en commercieel gebruik blijft The Origotek Co., Ltd. zich richten op het ontwerp van op maat gemaakte oplossingen voor prestatieoptimalisatie van batterijen, in lijn met de iteratie van de vierde generatie energieopslagsystemen, waarbij de agressief verworven kennis en expertise op het gebied van energieopslag worden toegepast. Wij blijven onze klanten in de industriële en commerciële sectoren ondersteunen bij hun investeringen in duurzame energie en in de samenlevingen van ontwikkelingslanden met behulp van energieopslagsystemen.