Lítiové batérie slúžia ako médium na ukladanie energie v komerčných a priemyselných energetických úložiskách a efektívnosť, náklady a udržateľnosť energetických riešení závisia od prevádzkovej účinnosti batérií. Pre podniky sústredené na stabilný dodávky energie je technická výzva predlžovania životnosti cyklovania lítiových batérií nevyhnutná pre ekologicky zodpovedné využívanie energie.

Ako prvá spoločnosť v priemysle a oblasti komerčného skladovania energie, ktorá podporovala a svedčila o vývoji skladovania energie pomocou batérií na báze lítia od prvej generácie až po štvrtú generáciu, spoločnosť Origotek Co. Ltd si počas 16 rokov intenzívneho pôsobenia v priemysle a komerčnom skladovaní energie privátnym spôsobom upravila energetické riešenia. Týmto sme pomohli vyrovnávať energetické požiadavky a životnosť batérií pri vyrovnávaní zaťaženia, záložnom napájaní a virtuálnych elektrárňach a dosiahli sme optimalizáciu výkonu batérií pre ukladanie energie. V tomto článku sa priemyselné postupy a technologické inovácie spoja, aby znázornili hlavné faktory zníženia cyklovej životnosti lítiových batérií a priemyselné postupy týkajúce sa cyklovej životnosti.

1. Základné faktory ovplyvňujúce cyklovú životnosť lítiových batérií

Životnosť cyklu lítiovej batérie je definovaná ako počet cyklov nabíjania a vybíjania, ktoré batéria dokáže prejsť, než dosiahne kapacitu 80 % pôvodnej kapacity. Priemyselný štandard na definovanie životnosti cyklu predstavuje 80 %. Tento ukazovateľ zahŕňa niekoľko navzájom prepojených aspektov a schopnosť popísať jednotlivé tieto aspekty je základom pre predĺženie životnosti batérie.

1.1 Degradácia materiálu elektród

Kladná a záporná elektróda lithium-iontových batérií sú kľúčovými miestami interkalácie a deinterkalácie lítiových iónov. Počas mnohých cyklov dochádza k rozpadu kryštalickej štruktúry materiálu elektród (lítovo-kobaltový oxid, lítovo-železo-fosfát atď.) a počet dostupných lítiových iónov sa zníži. Napríklad pri dlhodobom nabíjaní vysokým prúdom u komerčne dostupných úložných systémov sa zrýchľuje tvorba tzv. „mŕtveho lítia“ na zápornej elektróde. „Mŕtve lítium“ predstavuje lítiové ióny, ktoré už nemôžu byť znovu interkalované do kladnej elektródy, čo výrazne znižuje kapacitu batérie a jej životnosť.

1.2 Chyby pri riadení nabíjania a vybíjania

Jedným z najbežnejších dôvodov skracovania životnosti batérií je nesprávne nastavenie parametrov nabíjania a vybíjania. Prekročenie napätia pri nabíjaní (strata kontroly nad napätím) môže spôsobiť rozklad elektrolytu aj oxidáciu materiálov elektród, zatiaľ čo hlboké vybíjanie (strata kontroly pod medzným napätím) spôsobuje nezvratné poškodenie zápornej elektródy. V reálnych podmienkach niektoré podniky zanedbávajú zhodu medzi špecifikáciami batérie a nabíjacím zariadením, čo vedie k situáciám prekročenia alebo hlbokého vybitia. To je obzvlášť škodlivé pre cyklickú životnosť batériových systémov používaných v priemyselnom a komerčnom prostredí.

1.3 Kolísanie okolitej teploty

Regulácia teploty je dôležitou vlastnosťou systémov s lítiovými batériami. Keď teplota prekročí 45 °C, elektrolyty batérie sa stanú veľmi tekutými a prebiehajú postranné reakcie vrátane nežiaducej dekompozície elektrolytu a korózie elektród. Na opačnom extréme pri teplote pod 0 °C sa pohyb iónov lítia zastaví a interkalácia je neúplná, čo vedie k nárastu vnútorného odporu. V extrémnych prípadoch, keď nie je teplota batérií riadená, životnosť cyklu batérie môže byť znížená o 30–50 %, čo zostáva významným problémom pre úložné systémy energetickej energie aj priemyselné a komerčné aplikácie vzhľadom na rozmanité geografické podmienky.

2. Technické stratégie na maximalizáciu životnosti cyklu lítiových batérií

Spoločnosť The Origotek Co., Ltd. začlenila optimalizačné úsilie vyplývajúce z vyššie uvedených faktorov do výskumu a vývoja, ako aj návrhu svojich energetických úložísk štvrtej generácie pre priemyselné a komerčné použitie. Takéto stratégie sú zamerané na predĺženie životnosti batérií pri zachovaní stability v zložitých prevádzkových podmienkach.

2.1 Optimalizácia zloženia materiálu elektród

Pri produktoch štvrtej generácie sme zmenili pomer materiálov elektród tak, že sme do kladnej elektródy pridali stopové množstvá nióbia za účelom stabilizácie kryštalickej štruktúry, a na zápornú elektródu aplikovali pórovité uhlíkové povrchy, čím sa minimalizuje tvorba tzv. „mŕtveho lítia“. Výsledkom je viac ako 20-percentné predĺženie cyklovej životnosti našich priemyselných a komerčných batérií oproti tretej generácii, ktoré teraz v štandardných podmienkach nabíjania a vybíjania presahujú 6 000 cyklov.

2.2 Implementácia inteligentného riadenia nabíjania a vybíjania

Pre priemyselné a komerčné aplikácie sme vytvorili vlastný systém riadenia nabíjania a vybíjania (C&DMS), ktorý nezávisle určuje a prispôsobuje parametre prúdu a napätia pre akýkoľvek stav nabitia (SOC) a teplotný scenár.
• Počas nabíjania, keď je SOC 80 % a vyšší, prepne na konštantný prúd, aby sa predišlo prebitiu.
• Počas vybíjania sa obvod odpojí, keď je SOC 20 % a nižší, aby sa predišlo hlbokému vybitiu.
• Je integrovaný na komunikáciu v reálnom čase so systémom riadenia energie a s optimalizáciou SOC pri redukcii špičiek, čím sa zlepšuje stratégia vybíjania a nabíjania pre plánované prevádzkové režimy virtuálnej elektrárne.

2.3 Použitie aktívnej technológie riadenia teploty

Všetky naše priemyselné a komerčné systémy na ukladanie energie majú funkcie vyrovnania teploty. Preto majú systémy na ukladanie energie dvojrežimový aktívny teplotný systém s funkciami chladenia a vykurovania.
• Pri vysokých teplotných podmienkach udržiava chladenie pomocou tepelného výmenníka s regulovanou teplotou batériu pri teplote 25–35 °C.
• Pri nízkych teplotných podmienkach ohrieva batérie PTC vyhrievanie s výmenníkom tepla a udržiava ich nad 5 °C. Konkrétne, pred nabíjaním sa batéria zohreje na teplotu vyššiu ako 5 °C, čo umožňuje normálny priebeh interkalácie lítia.

To výrazne zvyšuje životnosť a spoľahlivosť systémov v podmienkach extrémnych teplôt.

3. Aplikácia stratégií predlžovania životnosti v priemyselnom a komerčnom skladovaní energie

Pokiaľ ide o udržateľné využitie energie v priemyselných a komerčných scenároch, dlhá životnosť batérií je len jednou časťou rovnice. Kľúčovým faktorom je integrácia riadenia batérií a riadenia spotreby energie. Toto bolo overené spoločnosťou Origotek Co., Ltd. na niekoľkých príkladoch použitia u zákazníkov.

Napríklad v projekte virtuálnej elektrárne so škálovateľným systémom skladovania energie v Šan-tungu (10 MWh) malo optimalizovanie stratégií životnosti batérií značný vplyv. Vďaka inteligentnému systému BMS a riadeniu teploty sa životnosť batérií po 2 rokoch (viac ako 1 500 cyklov) udržala na viac ako 90 % pôvodného stavu. Efektivita riadenia energie u zákazníka sa zvýšila o 15 % a celkové náklady na výmenu batérií klesli takmer o 40 %.

V ďalšom projekte vyrovnávania špičiek v Tchien-ťin pre výrobné podniky naše produkty energetickej úložnej sústavy novej generácie upravili režim nabíjania a vybíjania na základe výrobného plánu podniku, čo pomohlo podniku udržať sa pri energetických transformáciách. Batériový systém bezpečne funguje už 4 roky a nepretržite podporuje snahy podniku o energetickú transformáciu.

Záver

Životnosť cyklu lítiovej batérie sa dosiahne, keď je integrovaná technológia materiálov, zavedený inteligentný systém riadenia a zohľadnené všetky environmentálne faktory. Z praktického hľadiska predstavuje zníženie nákladov na ukladanie energie a predĺženie životnosti batérie výhodu pre priemyselné a obchodné podniky v ekosystéme.

Na trhu s ukladaním energie pre priemyselné a komerčné použitie bude spoločnosť The Origotek Co., Ltd. aj naďalej uplatňovať svoje intenzívne nadobudnuté skúsenosti a odborné znalosti so zameraním na návrh vlastných riešení optimalizácie výkonu batérií v súlade s iteráciou štvrtej generácie systémov na ukladanie energie. Budeme naďalej pomáhať našim zákazníkom v priemyselnom a komerčnom sektore so systémami ukladania energie na ceste k investovaniu do energetickej udržateľnosti a do spoločností rozvojových krajín.