Литијумске батерије служе као медијум за складиштење енергије у комерцијалним и индустријским системима за складиштење енергије, а ефикасност, трошкови и одрживост енергетских решења зависе од радне ефикасности батерија. За предузећа која се фокусирају на стабилну енергетску снагу, технички изазов продужења циклусног века литијумских батерија је од суштинског значаја за еколошки прихватљиво коришћење енергије.

Као прва компанија у индустрији и области комерцијалног складиштења енергије која је подржала и сведочила развоју складиштења енергије помоћу литијум-јонских батерија од прве до четврте генерације, наша компанија Origotek Co. Ltd, након 16 година интензивног рада у овој области, обезбеђује прилагођена енергетска решења. На тај начин смо помогли у изједначавању захтева за енергијом и трајањем батерија код спровођења равњања вршних оптерећења, резервног напајања и виртуелних електрана, постигавши оптимизацију перформанси батерија. У овом чланку ћемо спојити индустријске праксе и технолошке иновације како бисмо приказали основне факторе који утичу на смањење циклусног трајања литијум-јонских батерија и индустријске праксе повезане са циклуским трајањем.

1. Основни фактори који утичу на циклусно трајање литијум-јонских батерија

Вечит циклуса литијумске батерије дефинише се као број циклуса пуњења-пражњења које батерија може да поднесе пре него што достигне капацитет од 80% првобитног капацитета. Постоји индустријски стандард од 80% за дефинисање могућности веча циклуса. Постоји низ међусобно повезаних аспеката ове метрике, а способност да се објасне различити аспекти ове метрике је основа за продужење трајања батерије.

1.1 Деградација материјала електрода

Позитивна и негативна електрода литијумских батерија су кључна места за интеркалацију и деинтеркалацију јона литијума. Током бројних циклуса, кристална структура материјала електрода (литијум-кобалт оксид, литијум-гвожђе фосфат и др.) се распада, а број доступних јона литијума се смањује. На пример, у сценарију дуготрајног пуњења високом струјом код комерцијално доступних система за складиштење енергије, убрзава се формирање „мртвог литијума“ на негативној електроди. „Мртви литијум“ представља јоне литијума који више не могу да се реинтеркалишу у позитивну електроду, због чега се капацитет батерије и њен циклус трајања значајно смањују.

1.2 Грешке у управљању пуњењем и празњењем

Један од најчешћих разлога скраћивања трајања батерије је неправилно подешавање параметара пушења и празњења. Препуњавање (губитак контроле напона) може изазвати разлагање електролита као и оксидацију материјала електрода, док превелико празњење (губитак контроле испод граничног напона) узрокује неповратну штету негативној електроди. У стварним условима, неке компаније занемарују усклађеност између спецификација батерије и опреме за пушење, због чега долази до случајева препуњавања/превеликог празњења. Ово посебно штетно утиче на број циклуса батеријских система који се користе у индустријске и комерцијалне сврхе.

1.3 Нестабилност температуре околине

Kontrola temperature je važna karakteristika sistema litijum-baterija. Kada temperatura pređe 45°C, elektroliti baterije postaju visoko fluidni i dolazi do sporednih reakcija uključujući neželjenu razgradnju elektrolita i koroziju elektroda. S druge strane, u uslovima ispod 0°C, kretanje jona litijuma je zaustavljeno i interkalacija je nepotpuna, što dovodi do povećanja unutrašnjeg otpora. U ekstremnim slučajevima sistema baterija gde temperatura nije pod kontrolom, vek ciklusa baterije može biti smanjen za 30%-50%, što ostaje značajan problem za skladištenje energije i industrijske i komercijalne primene imajući u vidu različite geografske uslove.

2. Tehničke strategije za maksimizaciju veka ciklusa litijum-baterija

Компанија Ориготек д.о.о. интегрисала је оптимизационе напоре који произилазе из наведених фактора у истраживање и развој као и пројектовање својих енергетских система четврте генерације за индустријску и комерцијалну употребу. Такве стратегије имају за циљ побољшање трајања батеријског циклуса, уз одржавање стабилности у сложеним условима употребе.

2.1 Оптимизација састава материјала електрода

За производе четврте генерације, променили смо односе материјала електрода тако што смо додали трагове ниобијума на позитивну електроду ради побољшања стабилизације кристалне структуре, као и примену порозног угљеничног прекривања на негативној електроди како бисмо минимизирали формирање „мртвог литијума“. То је резултовало повећањем више од 20% у броју циклуса наших батерија за индустријску и комерцијалну енергетску складиштења у поређењу са трећом генерацијом, који сада прелази 6.000 циклуса у стандардним условима пуњења и празњења.

2.2 Увођење интелигентног управљања пуњењем и празњењем

За индустријске и комерцијалне примене, прилагодили смо систем за управљање пушењем и празњењем (C&DMS) који независно одређује и прилагођава параметре струје и напона за било који степен пуњења (SOC) и температурни режим.
• Током пуњења, када је SOC 80% или више, пребацива се на константну струју како би се спречило прекорачење пуњења.
• Током испражњивања, коло се искључује када је SOC 20% или мање, како би се спречило прекомерно испражњавање.
• Интегрисан је за комуникацију у реалном времену са системом за управљање енергијом и са оптимизованим SOC вршним смањењем ради побољшања стратегије испражњавања и пуњења за рад виртуелне електране по распореду.

2.3 Усвојена активна технологија контроле температуре

Сви нашi индустријски и комерцијални системи за складиштење енергије имају функцију изједначавања температуре. Стога системи за складиштење енергије имају двоструки активни систем контроле температуре са функцијама хлађења и грејања.
• У условима високе температуре, хлађење контролисаним течним измењивачима топлоте одржава батерију на температури од 25-35°C.
• У условима ниске температуре, PTC грејач са измењивачем топлоте загрева батерије и одржава их изнад 5°C. Конкретно, пре пуњења, батерија се загрева док не достигне температуру изнад 5°C, омогућавајући литијумску интеркалацију.

Ово значајно побољшава век трајања и поузданост система у екстремним температурним условима.

3. Примена стратегија продужења века трајања у индустријским и комерцијалним системима за складиштење енергије

Када је у питању одрживо коришћење енергије у индустријским и комерцијалним условима, батерије дугог века трајања су само део решења. Кључно је спајање батерија и управљања потрошњом енергије. Ово је проверено код неколико корисника у пракси од стране компаније Origotek Co., Ltd.

На пример, у пројекту виртуелне електране система складиштења енергије који се може прилагођавати у Шандонгу (10 MWh), оптимизација стратегија трајања батерија имала је значајан утицај. Захваљујући интелигентном BMS-у и систему контроле температуре, циклусни век батерија задржан је на преко 90% у односу на почетно стање након 2 године (више од 1.500 циклуса). Ефикасност дистрибуције енергије код клијента побољшана је за 15%, а укупни трошак замене батерија смањен је скоро за 40%.

У још једном пројекту равнања вршних потрошњи у Тијенџину за привредно предузеће, наша енергетска складишта четврте генерације за индустријску и комерцијалну употребу изменила су ритам пуњења и пражњења на основу распореда производње у предузећу, чиме су подржали предузеће у трансформацији енергије. Батеријски систем ради стабилно већ 4 године и непрестано подржава напоре предузећа у трансформацији енергије.

Закључак

Vek trajanja litijum-baterije se postiže kada se integriše tehnologija za materijale, uvede pametno upravljanje i uzmu u obzir svi faktori sredine. Sa praktične tačke gledišta, smanjenje troškova skladištenja energije i produženje veka baterija predstavlja situaciju u kojoj svi dobijaju za industrijska i komercijalna preduzeća u ekosistemu.

Na tržištu za skladištenje energije za industrijsku i komercijalnu upotrebu, Origotek kompanija d.o.o. će i dalje usmeravati svoje naporno steklo znanje i stručnost ka dizajniranju prilagođenih rešenja za optimizaciju performansi baterija, u skladu sa evolucijom sistema četvrte generacije za skladištenje energije. Nastavićemo da pomagamo našim klijentima iz industrijskog i komercijalnog sektora sa sistemima za skladištenje energije na putu ka investicijama u održivost energije i društvima u razvoju.