Litiumbatterier fungerar som energilagringsmedium i kommersiella och industriella energilagringssystem, och effektiviteten, kostnaderna och hållbarheten hos energilösningarna beror på batteriernas driftseffektivitet. För företag med fokus på stabil energiförsörjning är den tekniska utmaningen att förlänga litiumbatteriers cykellivslängd avgörande för en miljövänlig energianvändning.

Som det första företaget inom branschen och kommersiell energilagring att assistera och bevittna utvecklingen av litiumbatteriers energilagring från första till fjärde generationen, har våra 16 år av djupgående erfarenhet inom industrin och kommersiell energilagring gjort att Origotek Co. Ltd kunnat erbjuda anpassade energilösningar. Genom detta har vi bidragit till balans mellan energibehov och batterilivslängd vid topputjämning, reservkraftsförsörjning och virtuella kraftverk samt genomfört insiktsbaserade optimeringar av prestanda för energibatterier. I denna artikel kommer industriella metoder och teknologiska innovationer att kombineras för att illustrera de centrala faktorerna som minskar cykellevnaden hos litiumbatterier samt industriella metoder för cykellevnad.

1. Centrala faktorer som påverkar litiumbatteriers cykellevnad

Cykellevnaden för en litiumbatteri definieras som antalet laddnings- och urladdningscykler batteriet kan genomgå innan det når en kapacitet på 80 % av den ursprungliga kapaciteten. Det finns en branschstandard på 80 % för att definiera cykellevnadsförmåga. Det finns flera sammanlänkade aspekter kring denna parameter, och att kunna beskriva de olika aspekterna av denna är grundläggande för att förlänga ett batteris livslängd.

1.1 Elektrodmaterialnedbrytning

De positiva och negativa elektroderna i litiumbatterier är kärnplatser för in- och utvikning av litiumjoner. Efter många cykler kollapsar kristallstrukturen i elektrodmaterialet (lithiumkoboltoxid, lithiumjärnfosfat, etc.) och antalet tillgängliga litiumjoner minskar. Till exempel, vid långvarig laddning med hög ström i kommersiella energilagringsprodukter, accelereras bildningen av "dött litium" på den negativa elektroden. "Dött litium" är litiumjoner som inte längre kan vikas in i den positiva elektroden, vilket leder till en kraftig minskning av batteriets kapacitet och livslängd.

1.2 Fel i laddnings- och urladdningshantering

En av de vanligaste orsakerna till förkortad batterilivslängd är felaktig inställning av laddnings- och urladdningsparametrar. Överladdning (förlust av spänningskontroll) kan orsaka elektrolytens nedbrytning samt oxidation av elektrodmaterial, och överurladdning (förlust av kontroll under frånkopplingsspänningen) orsakar irreparabla skador på den negativa elektroden. I praktiken bortser vissa företag från överensstämmelsen mellan batterispecifikationer och batteriladdare, vilket leder till situationer med överladdning/överurladdning. Detta är särskilt skadligt för cykellevnaden hos batterisystem installerade för industriella och kommersiella ändamål.

1.3 Variationer i omgivningstemperatur

Temperaturreglering är en viktig funktion i litiumbatterisystem. När temperaturen överstiger 45°C blir batterielectrolyten mycket flytande och sidoreaktioner uppstår, vilket inkluderar oönskad elektrolytdekomposition och korrosion av elektroden. I det motsatta fallet, vid temperaturer under 0°C, fryser jonlithiumrörelsen och interkaleringen blir ofullständig, vilket leder till ökad inre resistans. I extrema fall där temperaturen i batterisystem inte kontrolleras kan batteriets cykelliv minskas med 30–50 %, vilket fortfarande är ett betydande problem för energilagring samt industriella och kommersiella tillämpningar med tanke på de olika geografierna.

2. Tekniska strategier för att maximera litiumbatteriers cykelliv

The Origotek Co., Ltd. har integrerat optimeringsåtgärder från ovanstående faktorer i utveckling och design av sin fjärde generations industriella och kommersiella energilagringsprodukter. Sådana strategier syftar till att förbättra batteriets cykellivslängd samtidigt som stabilitet bibehålls under komplexa användningsscenarier.

2.1 Optimera elektrodmaterialformulering

För produkterna av fjärde generationen ändrade vi förhållandena mellan elektrodmaterial genom att tillsätta spår av niob i den positiva elektroden för att förbättra kristallstrukturernas stabilitet samt använda en porös kolfilm på den negativa elektroden för att minimera bildandet av "död litium". Detta har resulterat i en ökning av cykellivslängden för våra industriella och kommersiella energilagringsbatterier med mer än 20 % jämfört med tredje generationen, vilket nu överstiger 6 000 cykler under standard laddnings- och urladdningsförhållanden.

2.2 Implementera intelligent ladd- och urladdningsstyrning

För industriella och kommersiella applikationer har vi anpassat ett ladd- och urladdningsstyrningssystem (C&DMS) som självständigt bestämmer och anpassar ström- och spänningsparametrar för alla laddningslägen (SOC) och temperaturförhållanden.
• Vid laddning växlar systemet till konstant ström när SOC är 80 % eller högre för att förhindra överladdning.
• Vid urladdning kopplas kretsen från när SOC är 20 % eller lägre för att förhindra överurladdning.
• Det är integrerat för att kommunicera i realtid med energihanteringssystemet och med SOC-optimerad toppjämkning för att förbättra urladdnings- och laddningsstrategi för virtuella kraftverk vid schemalagda operationer.

2.3 Använder aktiv temperaturregleringsteknik

Alla våra industriella och kommersiella energilagringssystem har funktioner för temperaturutjämning. Därför har energilagringssystemen ett tvåmodigt aktivt temperatursystem med funktioner för kylning och uppvärmning.
• Under högtemperaturförhållanden upprätthålls batteritemperaturen på 25–35 °C genom kylning med temperaturreglerade vätskeväxlare.
• Under lågtemperaturförhållanden värms batterierna med en PTC-värmare utrustad med värmeväxlare och hålls ovan 5 °C. Mer konkret värms batteriet innan laddning tills det är över 5 °C, vilket möjliggör litiuminterkalering.

Detta förbättrar avsevärt systemets livslängd och tillförlitlighet vid temperaturgränser.

3. Tillämpning av livslängdsförlängande strategier i industriella och kommersiella energilagringssystem

När det gäller hållbar energianvändning i industriella och kommersiella scenarier är långlivade batterier bara en del av ekvationen. Integration av batteri- och efterfrågestyrning är avgörande. Detta har bekräftats av Origotek Co., Ltd. i flera kundexempel.

Till exempel gjorde optimering av batterilivslängdsstrategier en betydande skillnad i det anpassningsbara projektet för virtuella kraftverk med energilagring i Shandong (10 MWh). Med ett intelligent BMS och temperaturregleringssystem har batteriets cykel livslängd bibehållits på över 90 procent av det ursprungliga tillståndet efter 2 år (över 1 500 cykler). Kundernas energidistributionseffektivitet förbättrades med 15 procent, och totalkostnaden för batteribytet sjönk nästan 40 procent.

I ett annat projekts toppjämningsprojekt i Tianjin för ett tillverkningsföretag modifierade våra energilagringsprodukter av fjärde generationen ladd- och urladdningsmönster baserat på företagets produktionsschema, vilket hjälpte företaget att genomföra sin energiomställning. Batterisystemet har fungerat stabilt i 4 år och stöttat företagets energiomställning utan avbrott.

Slutsats

Litiumbatteriets cykelliv uppnås när tekniken för material integreras, smart styrning implementeras och alla miljöfaktorer beaktas. Ur ett praktiskt perspektiv är minskade kostnader för energilagring och förlängt batteriliv en seger för både industriella och kommersiella företag inom ekosystemet.

På marknaden för industriell och kommersiell energilagring kommer The Origotek Co., Ltd:s väl inhämtade kunskaper och erfarenheter inom energilagring att fortsätta fokusera på utformningen av anpassade lösningar för optimering av batteriprestanda, i linje med den fjärde generationens energilagringssystem. Vi kommer fortsatt att hjälpa våra kunder inom den industriella och kommersiella sektorn med energilagringssystem under deras resa mot investeringar i energisäkerhet och i samhällen i utvecklingsländer.