As baterias de lítio atuam como meio de armazenamento de energia em sistemas comerciais e industriais de armazenamento, e a eficácia, os custos e a sustentabilidade das soluções energéticas dependem da eficiência operacional dessas baterias. Para empresas focadas em um fornecimento estável de energia, o desafio técnico de estender a vida útil de ciclo das baterias de lítio é essencial para o uso ambientalmente responsável da energia.

Como a primeira empresa do setor e do campo de armazenamento de energia comercial a auxiliar e testemunhar a evolução do armazenamento de energia por baterias de lítio da primeira à quarta geração, a Origotek Co. Ltd, com 16 anos de profunda atuação no setor de armazenamento de energia industrial e comercial, desenvolveu soluções energéticas personalizadas. Assim, ajudamos a equilibrar as demandas de energia e a vida útil das baterias em aplicações de nivelamento de carga, fornecimento de energia de backup e usinas virtuais de energia, além de otimizar com insights o desempenho das baterias. Neste artigo, práticas industriais e inovações tecnológicas serão combinadas para diagramar os principais fatores que reduzem a vida útil cíclica das baterias de lítio e as práticas industriais sobre vida útil cíclica.

1. Fatores Principais que Afetam a Vida Útil Cíclica das Baterias de Lítio

A vida útil de um ciclo de uma bateria de lítio é definida como o número de ciclos de carga e descarga pelos quais a bateria é capaz de passar antes de atingir uma capacidade de 80% da capacidade original. Existe um padrão industrial de 80% para definir as capacidades de vida útil do ciclo. Há vários aspectos inter-relacionados nesta métrica, e ser capaz de articular os diversos aspectos dessa métrica é fundamental para prolongar a vida útil de uma bateria.

1.1 Degradação do Material do Eletrodo

Os eletrodos positivo e negativo das baterias de lítio são os locais centrais para a intercalação e desintercalação de íons de lítio. Ao longo de inúmeros ciclos, as estruturas cristalinas do material do eletrodo (óxido de cobalto e lítio, fosfato de ferro e lítio, etc.) entram em colapso, e o número de íons de lítio disponíveis é reduzido. Por exemplo, no cenário de carga de alta corrente a longo prazo em produtos comerciais de armazenamento de energia, acelera-se a formação de "lítio morto" no eletrodo negativo. O "lítio morto" refere-se a íons de lítio que não conseguem mais se reintercalar no eletrodo positivo, resultando em uma severa diminuição da capacidade e vida útil da bateria.

1.2 Erros na Gestão de Carga e Descarga

Uma das razões mais comuns para a redução da vida útil da bateria é a configuração inadequada dos parâmetros de carga e descarga. O excesso de carga (perda de controle de tensão) pode causar a decomposição do eletrólito, bem como a oxidação dos materiais dos eletrodos, e a descarga excessiva (perda de controle abaixo da tensão de corte) provoca danos irreversíveis no eletrodo negativo. Em situações reais, algumas empresas negligenciam a correspondência entre as especificações da bateria e o equipamento de carregamento, levando a situações de sobrecarga/sobredescarga. Isso é particularmente prejudicial à vida útil em ciclos de sistemas de baterias instalados para fins industriais e comerciais.

1.3 Flutuações nas Temperaturas Ambientais

O controle de temperatura é uma característica importante dos sistemas de baterias de lítio. Quando a temperatura ultrapassa 45°C, os eletrólitos da bateria tornam-se altamente fluidos e ocorrem reações secundárias, incluindo a decomposição indesejada do eletrólito e a corrosão do eletrodo. No extremo oposto, em condições abaixo de 0°C, o movimento dos íons de lítio é congelado e a intercalação é incompleta, levando ao aumento da resistência interna. Nos casos extremos de sistemas de baterias onde a temperatura não é controlada, a vida útil cíclica da bateria pode ser reduzida entre 30% e 50%, o que continua sendo um problema significativo para armazenamento de energia e aplicações industriais e comerciais, considerando as diversas geografias.

2. Estratégias Técnicas para Maximizar a Vida Útil Cíclica das Baterias de Lítio

A Origotek Co., Ltd. integrou esforços de otimização decorrentes dos fatores acima no desenvolvimento e projeto de seus produtos de armazenamento de energia industriais e comerciais de quarta geração. Tais estratégias visam melhorar a vida útil cíclica da bateria, mantendo a estabilidade em cenários de aplicação complexos.

2.1 Otimizar a Formulação do Material do Eletrodo

Para os produtos de quarta geração, alteramos as proporções dos materiais dos eletrodos ao incluir traços de nióbio no eletrodo positivo para realçar a estabilização da estrutura cristalina e aplicar um revestimento de carbono poroso no eletrodo negativo para minimizar a formação de "lítio inativo". Isso resultou em um aumento superior a 20% na vida útil cíclica de nossas baterias de armazenamento de energia industriais e comerciais em comparação com a terceira geração, ultrapassando agora 6.000 ciclos em condições padrão de carga e descarga.

2.2 Implementar Gestão Inteligente de Carga e Descarga

Para aplicações industriais e comerciais, personalizamos um Sistema de Gestão de Carga e Descarga (C&DMS) que determina e adapta independentemente os parâmetros de corrente e tensão para qualquer estado de carga (SOC) e cenário de temperatura.
• Durante o carregamento, quando o SOC é de 80% ou mais, o sistema muda para corrente constante para evitar sobrecarga.
• Durante a descarga, o circuito é desligado quando o SOC é de 20% ou menos para evitar descarga excessiva.
• Ele está integrado para comunicar em tempo real com o sistema de gestão de energia e com o nivelamento de pico otimizado por SOC, melhorando a estratégia de descarga e carga para operações programadas de usinas virtuais de energia.

2.3 Adota Tecnologia de Controle Ativo de Temperatura

Todos os nossos sistemas de armazenamento de energia industriais e comerciais possuem recursos de nivelamento térmico. Assim, os sistemas de armazenamento de energia têm um sistema ativo de temperatura com dois modos, com funções de refrigeração e aquecimento.
• Em condições de alta temperatura, o resfriamento por trocadores térmicos líquidos com controle de temperatura mantém a bateria numa faixa de 25-35°C.
• Em condições de baixa temperatura, um aquecedor PTC com trocador térmico aquece as baterias e as mantém acima de 5°C. Concretamente, antes do carregamento, o aquecimento da bateria é realizado até que ela atinja temperaturas superiores a 5°C, permitindo que ocorra a intercalação de lítio.

Isso aumenta significativamente a vida útil e a confiabilidade dos sistemas em situações próximas aos extremos de temperatura.

3. Aplicação de Estratégias de Extensão de Vida em Armazenamento de Energia Industrial e Comercial

No que diz respeito ao uso sustentável de energia em cenários industriais e comerciais, baterias de longa duração são apenas uma parte da equação. A integração entre baterias e gestão da demanda energética é essencial. Isso foi validado pela Origotek Co., Ltd. em diversos exemplos de uso por clientes.

Por exemplo, no projeto personalizável de usina virtual com sistema de armazenamento de energia em Shandong (10MWh), a otimização das estratégias de vida útil da bateria fez uma diferença considerável. Com um BMS inteligente e sistema de controle de temperatura, a vida útil em ciclos das baterias foi mantida em mais de 90% do estado inicial após 2 anos (mais de 1.500 ciclos). A eficiência no despacho de energia do cliente melhorou 15%, e o custo total com substituição de baterias caiu quase 40%.

Em outro projeto de nivelamento de carga em Tianjin para uma empresa industrial, nossos produtos de armazenamento de energia comercial e industrial de 4ª geração modificaram os ritmos de carregamento e descarregamento com base nos horários de produção da empresa, ajudando-a a sustentar sua transformação energética. O sistema de baterias tem operado de forma estável por 4 anos e apoiou de maneira contínua os esforços de transformação energética da empresa.

Conclusão

A vida útil de ciclagem da bateria de lítio é alcançada quando a tecnologia dos materiais é integrada, é implementado um gerenciamento inteligente e todos os fatores ambientais são levados em consideração. Do ponto de vista prático, a redução do custo de armazenamento de energia e a extensão da vida útil da bateria representam uma vitória para empresas industriais e comerciais no ecossistema.

No mercado de armazenamento de energia para uso industrial e comercial, as práticas e expertise agressivamente desenvolvidas pela The Origotek Co., Ltd continuarão focadas no design de soluções personalizadas de otimização de desempenho de baterias, alinhadas à iteração da quarta geração de sistemas de armazenamento de energia. Continuaremos ajudando nossos clientes nos setores industriais e comerciais com sistemas de armazenamento de energia na jornada de investimento em sustentabilidade energética e nas sociedades dos países em desenvolvimento.