Litiumbatterier fungerer som energilagringsmedium i kommersielle og industrielle energilagringssystemer, og effektiviteten, kostnadene og bærekraften til energiløsningene er avhengig av batterienes driftseffektivitet. For bedrifter som fokuserer på stabil strømforsyning, er den tekniske utfordringen med å forlenge sykluslevetiden til litiumbatterier avgjørende for miljøvennlig energibruk.

Som det første selskapet i bransjen og på det kommersielle energilagringsfeltet som har bistått og vært vitne til utviklingen av litiumbatterier for energilagring fra første til fjerde generasjon, har våre 16 år med dyptgående arbeid innen bransje- og kommersiell energilagring, Origotek Co. Ltd, skreddersydd energiløsninger. Dermed har vi bidratt til å balansere energibehov og batterilevetid ved lasttoppskjæring, reservekraftforsyning og virtuelle kraftverk, samt oppnådd innsikt i optimalisering av ytelsen til energibatterier. I denne artikkelen kombineres industrielle praksis og teknologiske innovasjoner for å illustrere de sentrale faktorene som reduserer sykluslevetiden til litiumbatterier og industrielle praksiser for sykluslevetid.

1. Sentrale faktorer som påvirker sykluslevetid for litiumbatterier

Sykluslevetiden til et litymbatteri defineres som antall oppladnings- og utladningssykluser batteriet kan gjennomgå før det når en kapasitet på 80 % av den opprinnelige kapasiteten. Det finnes en bransjestandard på 80 % for å definere sykluslevetidsevner. Det er flere sammenhengende aspekter ved dette målet, og evnen til å beskrive de ulike aspektene ved dette målet er grunnleggende for å forlenge levetiden til et batteri.

1.1 Elektrode materialets nedbrytning

De positive og negative elektrodene i litiumbatterier er kjerneområdene for inn- og utsetting av litiumioner. Etter mange sykluser kollapser krystallstrukturene i elektrodematerialet (som for eksempel litiumkoboltoksid, litiumjernfosfat osv.), og antallet tilgjengelige litiumioner minker. For eksempel, ved langvarig lading med høy strøm i kommersielle energilagringsprodukter, akselereres dannelsen av «dødt litium» på den negative elektroden. «Dødt litium» er litiumioner som ikke lenger kan sette seg inn i den positive elektroden, noe som fører til en betydelig reduksjon i batterikapasitet og sykluslevetid.

1.2 Feil ved lade-/utladestyring

En av de vanligste grunnene til forkortet batterilevetid er feil innstilling av lade-/utladeparametere. Overlading (tap av spenningskontroll) kan føre til elektrolyttets nedbrytning samt oksidasjon av elektrodematerialer, og overutlading (tap av kontroll under avkortningsspenningen) fører til at den negative elektroden lider irreversibel skade. I virkelige situasjoner ser noen bedrifter bort fra samsvar mellom batterispesifikasjonene og batteriladeutstyret, noe som fører til overladning/overutladning. Dette er spesielt skadelig for sykluslevetiden til batterisystemer installert for industrielle og kommersielle formål.

1.3 Temperatursvingninger i miljøet

Temperaturregulering er en viktig funksjon i litiumbatterisystemer. Når temperaturen overstiger 45 °C, blir batterielektrolyttene svært flytende og sidereaksjoner oppstår, inkludert uønsket nedbryting av elektrolytten og korrosjon av elektroden. I det andre ytterpunktet, ved temperaturer under 0 °C, fryser ionene og interkaleringen blir ufullstendig, noe som fører til økt indre motstand. I ekstreme tilfeller der temperaturen i batterisystemer ikke kontrolleres, kan batteriets sykluslevetid reduseres med 30–50 %, noe som fortsatt er et betydelig problem for energilagring samt industrielle og kommersielle applikasjoner gitt de ulike geografiske forholdene.

2. Tekniske strategier for å maksimere litiumbatteriers sykluslevetid

The Origotek Co., Ltd. har integrert optimaliseringsarbeid som følger av de ovennevnte faktorene i utvikling og design av sin fjerdegenerasjons industrielle og kommersielle energilagringsprodukter. Slike strategier er rettet mot å forbedre batteriets sykluslevetid samtidig som stabilitet opprettholdes under komplekse bruksomstendigheter.

2.1 Optimalisere elektrolyttmaterialeformulering

For fjerdegenerasjonsproduktene endret vi forholdene mellom elektrodematerialene ved å tilsette spor av niob i den positive elektroden for å forbedre krystallstrukturstabiliteten, samt å bruke en porøs karbonbeläggning på den negative elektroden for å minimere dannelse av "dødt litium". Dette har resultert i en økning i sykluslevetid på mer enn 20 % sammenlignet med tredje generasjon, og sykluslevetiden overstiger nå 6 000 sykluser under standard lade- og utladningsforhold.

2.2 Implementere intelligent lade- og utladningsstyring

For industrielle og kommersielle applikasjoner har vi tilpasset et lade- og utladningsstyringssystem (C&DMS) som selvstendig bestemmer og tilpasser parametere for strøm og spenning for enhver ladestatus (SOC) og temperatursituasjon.
• Under opplading bytter det til konstant strøm når SOC er 80 % eller høyere for å unngå overopplading.
• Under utlading kuttes kretsen når SOC er 20 % eller lavere for å unngå overdreven utlading.
• Det er integrert for å kommunisere i sanntid med energistyringssystemet og med SOC-optimalisert topplastkapping for å forbedre utladdings- og ladestrategi for virtuelle kraftverk med planlagte operasjoner.

2.3 Bruk aktiv temperaturkontrollteknologi

Alle våre industrielle og kommersielle energilagringssystemer har funksjoner for temperaturutjevning. Derfor har energilagringssystemene et todelt aktivt temperatursystem med funksjoner for avkjøling og oppvarming.
• Under høye temperaturforhold sørger kjøling via temperaturregulerte væskevarmevekslere for at batteriet holdes på en temperatur på 25–35 °C.
• Under lave temperaturforhold varmer en PTC-varmeelement med varmeveksler opp batteriene og holder dem over 5 °C. Spesifikt, før opplading, varmes batteriet opp til over 5 °C for å normalisere forholdene, slik at litiuminterkalering kan finne sted.

Dette forbedrer betydelig levetiden og påliteligheten til systemene i og rundt temperatur-ekstremverdier.

3. Anvendelse av levetidsforlengende strategier i industrielle og kommersielle energilagringssystemer

Når det gjelder bærekraftig energibruk i industrielle og kommersielle scenarier, er lange levetider for batterier bare en del av ligningen. Integrasjon av batteri- og etterspørselsstyring er nøkkelen. Dette har blitt validert av Origotek Co., Ltd. i flere kundeanvendelser.

For eksempel i det skreddersydde prosjektet for energilagring og virtuell kraftverk i Shandong (10 MWh), førte optimalisering av batterilevetidsstrategier til en betydelig forskjell. Med et intelligent BMS og temperaturreguleringssystem har batteriets sykluslevetid holdt seg på over 90 % av utgangstilstanden etter 2 år (over 1 500 sykluser). Kundeens effektivitet i energidistribusjon økte med 15 %, og totale kostnader for batteriutskifting sank med nesten 40 %.

I et annet prosjekt for spisslastreduksjon i Tianjin for et produksjonsforetak, endret våre industriel og kommersielle energilagringsprodukter av fjerde generasjon oppladings- og utladingsmønstre basert på foretakets produksjonsplaner, noe som hjalp selskapet å vedlikeholde sin energiomstilling. Batterisystemet har fungert stabilt i 4 år og støttet bedriftens arbeid med energiomstilling uten avbrudd.

Konklusjon

Lithiumbatteriets sykluslevetid oppnås når teknologi for materialene er integrert, smart styring er på plass, og alle miljøfaktorer tas hensyn til. Sett fra et praktisk perspektiv, er reduksjonen i kostnadene for energilagring og forlengelse av batterilevetiden en gevinst for både industrielle og kommersielle selskaper i økosystemet.

Med tanke på markedet for energilagring til industriell og kommersiell bruk, vil The Origotek Co., Ltds aggresivt opparbeidede kunnskaper og ekspertise innen energilagring fortsette å fokusere på utforming av skreddersydde løsninger for optimalisering av batteriytelse, i tråd med iterasjonen av fjerde generasjons energilagringssystemer. Vi vil fortsette å hjelpe våre kunder i den industrielle og kommersielle sektoren med energilagringssystemer på veien mot investeringer i energibærekraft og i samfunnene i utviklingsland.