Pin lithium đóng vai trò là phương tiện lưu trữ năng lượng trong các hệ thống lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp, và hiệu quả, chi phí cũng như tính bền vững của các giải pháp năng lượng phụ thuộc vào hiệu suất hoạt động của các viên pin. Đối với các doanh nghiệp tập trung vào nguồn cung cấp năng lượng ổn định, thách thức kỹ thuật trong việc kéo dài tuổi thọ chu kỳ của pin lithium là yếu tố thiết yếu để sử dụng năng lượng một cách thân thiện với môi trường.

Là công ty đầu tiên trong ngành và lĩnh vực lưu trữ năng lượng thương mại hỗ trợ và chứng kiến sự phát triển của hệ thống lưu trữ năng lượng pin lithium từ thế hệ đầu tiên đến thế hệ thứ tư, sau 16 năm dày dặn kinh nghiệm trong ngành và lĩnh vực lưu trữ năng lượng thương mại, Công ty TNHH Origotek đã xây dựng các giải pháp năng lượng tùy chỉnh. Nhờ đó, chúng tôi đã góp phần cân bằng nhu cầu năng lượng và tuổi thọ pin trong các ứng dụng san tải đỉnh, nguồn điện dự phòng và nhà máy điện ảo, đồng thời tối ưu hóa hiệu suất pin thông qua những hiểu biết sâu sắc. Trong bài viết này, các thực tiễn công nghiệp và đổi mới công nghệ sẽ được kết hợp để phân tích các yếu tố cốt lõi làm giảm tuổi thọ chu kỳ của pin lithium cũng như các thực tiễn công nghiệp về tuổi thọ chu kỳ.

1. Các Yếu Tố Cốt Lõi Ảnh Hưởng Đến Tuổi Thọ Chu Kỳ Của Pin Lithium

Tuổi thọ chu kỳ của pin lithium được định nghĩa là số lần sạc-xả mà pin có thể thực hiện trước khi dung lượng pin giảm xuống còn 80% dung lượng ban đầu. Có một tiêu chuẩn công nghiệp là 80% để xác định khả năng tuổi thọ chu kỳ. Có một số yếu tố liên quan đến chỉ số này, và việc hiểu rõ các khía cạnh khác nhau của chỉ số này là nền tảng để kéo dài tuổi thọ của pin.

1.1 Sự suy giảm vật liệu điện cực

Các điện cực dương và âm của pin lithium là những vị trí cốt lõi cho quá trình chèn và tách ion lithium. Sau nhiều chu kỳ, cấu trúc tinh thể của vật liệu điện cực (như oxit coban lithium, photphat sắt lithium, v.v.) bị sụp đổ, và số lượng ion lithium có sẵn giảm xuống. Ví dụ, trong các sản phẩm lưu trữ năng lượng thương mại khi sạc với dòng điện cao trong thời gian dài, hiện tượng hình thành "lithium chết" ở điện cực âm diễn ra nhanh hơn. "Lithium chết" là những ion lithium không thể chèn trở lại vào điện cực dương, dẫn đến dung lượng pin và tuổi thọ chu kỳ bị suy giảm nghiêm trọng.

1.2 Lỗi Quản lý Sạc - Xả

Một trong những lý do phổ biến nhất khiến tuổi thọ pin bị rút ngắn là việc thiết lập sai các thông số sạc-xả. Sạc quá mức (mất kiểm soát điện áp) có thể gây ra hiện tượng phân hủy chất điện phân cũng như sự oxy hóa vật liệu điện cực, và xả quá mức (mất kiểm soát dưới điện áp ngắt) làm cho điện cực âm chịu tổn hại vĩnh viễn. Trong thực tế, một số doanh nghiệp bỏ qua sự tương thích giữa thông số kỹ thuật của pin và thiết bị sạc pin, dẫn đến tình trạng sạc quá mức/xả quá mức. Điều này đặc biệt gây hại cho tuổi thọ chu kỳ của các hệ thống pin được lắp đặt cho mục đích công nghiệp và thương mại.

1.3 Biến động nhiệt độ môi trường

Kiểm soát nhiệt độ là một tính năng quan trọng của các hệ thống pin lithium. Khi nhiệt độ vượt quá 45°C, chất điện phân trong pin trở nên rất dễ chảy và các phản ứng phụ xảy ra, bao gồm sự phân hủy chất điện phân không mong muốn và ăn mòn điện cực. Ở điều kiện ngược lại, dưới 0°C, sự di chuyển của ion lithium bị đóng băng và quá trình chèn tầng không hoàn tất, dẫn đến tăng điện trở nội tại. Trong những trường hợp cực đoan khi nhiệt độ hệ thống pin không được kiểm soát, tuổi thọ chu kỳ của pin có thể giảm từ 30% đến 50%, đây vẫn là một vấn đề đáng kể đối với các ứng dụng lưu trữ năng lượng cũng như các ứng dụng công nghiệp và thương mại khi xét đến sự đa dạng về địa lý.

2. Các Chiến Lược Kỹ Thuật Để Tối Đa Hóa Tuổi Thọ Chu Kỳ Pin Lithium

Công ty TNHH Origotek đã tích hợp các nỗ lực tối ưu hóa bắt nguồn từ những yếu tố nêu trên vào khâu nghiên cứu và phát triển cũng như thiết kế sản phẩm lưu trữ năng lượng thế hệ thứ tư dành cho công nghiệp và thương mại. Các chiến lược này nhằm mục đích cải thiện tuổi thọ chu kỳ của pin trong khi vẫn duy trì độ ổn định dưới các tình huống ứng dụng phức tạp.

2.1 Tối ưu hóa công thức vật liệu điện cực

Đối với các sản phẩm thế hệ thứ tư, chúng tôi đã thay đổi tỷ lệ vật liệu điện cực bằng cách bổ sung một lượng nhỏ niobi vào điện cực dương để tăng cường sự ổn định của cấu trúc tinh thể và áp dụng lớp phủ carbon xốp lên điện cực âm nhằm giảm thiểu sự hình thành "lithium chết". Nhờ đó, tuổi thọ chu kỳ của các viên pin lưu trữ năng lượng công nghiệp và thương mại của chúng tôi đã tăng hơn 20% so với thế hệ thứ ba, hiện vượt quá 6.000 chu kỳ trong điều kiện sạc-xả tiêu chuẩn.

2.2 Triển khai quản lý sạc-xả thông minh

Đối với các ứng dụng công nghiệp và thương mại, chúng tôi đã tùy chỉnh Hệ thống Quản lý Sạc và Xả (C&DMS) để tự động xác định và điều chỉnh các thông số dòng điện và điện áp cho mọi trạng thái sạc (SOC) và kịch bản nhiệt độ.
• Trong quá trình sạc, khi SOC đạt 80% trở lên, hệ thống chuyển sang chế độ dòng điện không đổi để tránh sạc quá mức.
• Trong quá trình xả, mạch sẽ được ngắt khi SOC ở mức 20% hoặc thấp hơn để tránh xả quá mức.
• Hệ thống được tích hợp để truyền thông thời gian thực với hệ thống quản lý năng lượng và sử dụng kỹ thuật giảm đỉnh tối ưu hóa theo SOC nhằm cải thiện chiến lược xả và sạc cho các hoạt động theo lịch của nhà máy điện ảo.

2.3 Áp dụng Công nghệ Điều khiển Nhiệt chủ động

Tất cả các hệ thống lưu trữ năng lượng công nghiệp và thương mại của chúng tôi đều có tính năng làm phẳng nhiệt độ. Do đó, các hệ thống lưu trữ năng lượng được trang bị hệ thống nhiệt chủ động hai chế độ, bao gồm cả chức năng làm mát và sưởi ấm.
• Trong điều kiện nhiệt độ cao, làm mát bằng bộ trao đổi nhiệt lỏng điều khiển nhiệt độ giúp duy trì pin ở mức 25-35°C.
• Trong điều kiện nhiệt độ thấp, bộ sưởi PTC với bộ trao đổi nhiệt sẽ làm ấm pin và giữ nhiệt độ trên 5°C. Cụ thể, trước khi sạc, việc làm nóng pin được thực hiện cho đến khi pin đạt trên 5°C để trở về trạng thái bình thường, cho phép quá trình chèn liti diễn ra.

Điều này cải thiện đáng kể tuổi thọ và độ tin cậy của các hệ thống trong và xung quanh các điều kiện nhiệt độ cực đoan.

3. Ứng dụng các chiến lược kéo dài tuổi thọ trong lưu trữ năng lượng công nghiệp và thương mại

Xét về việc sử dụng năng lượng bền vững trong các tình huống công nghiệp và thương mại, pin có tuổi thọ dài chỉ là một phần của phương trình. Việc tích hợp quản lý pin và quản lý nhu cầu năng lượng là yếu tố then chốt. Điều này đã được xác nhận bởi Công ty TNHH Origotek thông qua nhiều ví dụ ứng dụng thực tế của khách hàng.

Ví dụ, trong dự án nhà máy điện ảo hệ thống lưu trữ năng lượng có thể tùy chỉnh tại Sơn Đông (10MWh), việc tối ưu hóa các chiến lược kéo dài tuổi thọ pin đã tạo ra sự khác biệt đáng kể. Với hệ thống BMS thông minh và kiểm soát nhiệt độ, tuổi thọ chu kỳ của pin được duy trì trên 90% so với trạng thái ban đầu sau 2 năm (trên 1.500 chu kỳ). Hiệu suất điều phối năng lượng của khách hàng cải thiện 15%, và tổng chi phí thay thế pin giảm gần 40%.

Trong một dự án san đỉnh tải khác tại Thiên Tân cho một doanh nghiệp sản xuất, sản phẩm lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp thế hệ thứ 4 của chúng tôi đã điều chỉnh nhịp sạc và xả dựa trên lịch sản xuất của doanh nghiệp, giúp doanh nghiệp này duy trì quá trình chuyển đổi năng lượng. Hệ thống pin đã vận hành ổn định trong 4 năm và hỗ trợ liền mạch các nỗ lực chuyển đổi năng lượng của doanh nghiệp.

Kết Luận

Tuổi thọ chu kỳ của pin lithium đạt được khi công nghệ về vật liệu được tích hợp, quản lý thông minh được triển khai và tất cả các yếu tố môi trường được xem xét đầy đủ. Về mặt thực tiễn, việc giảm chi phí lưu trữ năng lượng và kéo dài tuổi thọ pin là một giải pháp đôi bên cùng có lợi cho các doanh nghiệp công nghiệp và thương mại trong hệ sinh thái.

Trong thị trường lưu trữ năng lượng cho mục đích công nghiệp và thương mại, những kinh nghiệm và chuyên môn tích lũy được một cách bài bản của Công ty TNHH The Origotek sẽ tiếp tục tập trung vào thiết kế các giải pháp tối ưu hóa hiệu suất pin tùy chỉnh, phù hợp với sự đổi mới của hệ thống lưu trữ năng lượng thế hệ thứ tư. Chúng tôi sẽ tiếp tục hỗ trợ khách hàng trong các lĩnh vực công nghiệp và thương mại với các hệ thống lưu trữ năng lượng trên hành trình đầu tư vào phát triển bền vững về năng lượng và tại các xã hội ở các nước đang phát triển.