Kako deluje litij-ionska baterija? Kakšne prednosti ima pred svinčenim akumulatorjem? Kdaj se izplača shranjevanje litij-ionske baterije?A litij-ionska baterija(kratko: litijionska baterija ali Li-ionska baterija) je generični izraz za akumulatorje na osnovi litijevih spojin v vseh treh fazah, v negativni elektrodi, v pozitivni elektrodi kot tudi v elektrolitu, elektrokemični celici. Litij-ionska baterija ima visoko specifično energijo v primerjavi z drugimi vrstami baterij, vendar zahteva v večini aplikacij elektronska zaščitna vezja, saj negativno reagirajo tako na globoko izpraznitev kot na prenapolnjenost.Litij-ionske sončne baterije se polnijo z elektriko iz fotovoltaičnega sistema in po potrebi ponovno praznijo. Dolgo časa so svinčene baterije veljale za idealno rešitev sončne energije za ta namen. Imajo pa litij-ionske baterije odločilne prednosti, čeprav je nakup še vedno povezan z dodatnimi stroški, ki pa se povrnejo z namensko uporabo.Tehnična struktura in obnašanje litij-ionskih baterij pri shranjevanju energijeLitij-ionske baterije se v svoji splošni strukturi bistveno ne razlikujejo od svinčenih baterij. Drugačen je le nosilec polnjenja: Ko je baterija napolnjena, litijevi ioni "migrirajo" s pozitivne elektrode na negativno elektrodo baterije in tam ostanejo "shranjeni", dokler se baterija ponovno ne izprazni. Kot elektrode se običajno uporabljajo visokokakovostni grafitni vodniki. Obstajajo pa tudi različice z železnimi ali kobaltnimi vodniki.Odvisno od uporabljenih vodnikov bodo imele litij-ionske baterije različne napetosti. Sam elektrolit v litij-ionski bateriji mora biti brez vode, saj litij in voda sprožita burno reakcijo. Sodobne litij-ionske baterije so v nasprotju s svojimi svinčevimi predhodniki (skoraj) brez spominskih učinkov in samopraznjenja, litij-ionske baterije pa dolgo časa ohranjajo svojo polno moč.Litij-ionske akumulatorske baterije so običajno sestavljene iz kemičnih elementov mangana, niklja in kobalta. Kobalt (kemijski izraz: kobalt) je redek element in zato draži proizvodnjo Li akumulatorjev. Poleg tega je kobalt škodljiv za okolje. Zato obstaja več raziskovalnih prizadevanj za izdelavo katodnega materiala za litij-ionske visokonapetostne baterije brez kobalta.Prednosti litij-ionskih baterij pred svinčevimi baterijami◎Uporaba sodobnih litij-ionskih baterij prinaša številne prednosti, ki jih preproste svinčeno-kislinske baterije ne morejo zagotoviti.◎Po eni strani imajo veliko daljšo življenjsko dobo kot svinčeve baterije. Litij-ionska baterija lahko hrani sončno energijo za obdobje skoraj 20 let.◎Tudi število polnilnih ciklov in globina izpraznjenosti je večkrat večja kot pri svinčenih baterijah.◎Zaradi različnih materialov, uporabljenih pri izdelavi, so litij-ionske baterije tudi veliko lažje od svinčenih in bolj kompaktne. Zato med namestitvijo zavzamejo manj prostora.◎Litij-ionske baterije imajo tudi boljše lastnosti shranjevanja v smislu samopraznjenja.◎Poleg tega ne smemo pozabiti na okoljski vidik: saj svinčene baterije zaradi uporabljenega svinca pri proizvodnji niso posebej okolju prijazne.Ključne tehnične številke litij-ionskih baterijPo drugi strani pa je treba tudi omeniti, da so zaradi dolgotrajne uporabe svinčenih baterij veliko bolj smiselne dolgoročne študije kot za še vedno zelo nove litij-ionske baterije, tako da njihova uporaba in s tem povezani stroški mogoče tudi bolje in zanesljiveje izračunati. Poleg tega je varnostni sistem sodobnih svinčenih akumulatorjev delno celo boljši kot pri litij-ionskih akumulatorjih.Načeloma tudi zaskrbljenost zaradi nevarnih okvar v litijevih celicah ni neutemeljena: na anodi lahko na primer nastanejo dendriti, tj. koničasti nanosi litija. Verjetnost, da ti nato sprožijo kratke stike in s tem na koncu povzročijo tudi toplotni umik (eksotermna reakcija z močnim, samopospeševalnim ustvarjanjem toplote), je še posebej podana pri litijevih celicah, ki vsebujejo nizkokakovostne celične komponente. V najslabšem primeru lahko širjenje te napake na sosednje celice povzroči verižno reakcijo in požar v bateriji.Ker pa vedno več strank uporablja litij-ionske baterije kot sončne baterije, učinki učenja proizvajalcev z večjimi proizvodnimi količinami vodijo tudi v nadaljnje tehnične izboljšave zmogljivosti shranjevanja in večjo varnost delovanja litij-ionskih baterij ter tudi dodatno znižanje stroškov . Trenutno stanje tehničnega razvoja litij-ionskih baterij je mogoče povzeti v naslednjih tehničnih ključnih številkah:
| Aplikacije | Domače shranjevanje energije, Telekom, UPS, Microgrid |
|---|---|
| Področja uporabe | Največja PV lastna poraba, prestavljanje konične obremenitve, način Peak Valley, izven omrežja |
| Učinkovitost | 90 % do 95 % |
| Zmogljivost shranjevanja | 1 kW do nekaj MW |
| Gostota energije | 100 do 200 Wh/kg |
| Čas praznjenja | 1 uro do nekaj dni |
| Stopnja samopraznjenja | ~ 5% na leto |
| Čas ciklov | 3000 do 10000 (pri 80% izpraznjenosti) |
| Stroški naložbe | 1.000 do 1.500 na kWh |
Zmogljivost shranjevanja in stroški litij-ionskih sončnih baterijCena litij-ionske sončne baterije je na splošno višja od cene svinčeve baterije. Na primer, svinčene baterije z zmogljivostjo5 kWhtrenutno stane povprečno 800 dolarjev na kilovatno uro nazivne zmogljivosti.Primerljivi litijevi sistemi pa stanejo 1.700 dolarjev na kilovatno uro. Vendar je razlika med najcenejšimi in najdražjimi sistemi bistveno večja kot pri vodilnih sistemih. Na primer, litijeve baterije s 5 kWh so na voljo tudi že za 1200 dolarjev na kWh.Kljub praviloma višjim nabavnim stroškom pa je strošek litij-ionskega solarnega akumulatorskega sistema na shranjeno kilovatno uro ugodnejši preračunano na celotno življenjsko dobo, saj litij-ionski akumulatorji zagotavljajo moč dlje kot svinčevi akumulatorji, ki imajo zamenjati po določenem času.Zato se pri nakupu bivalnega akumulatorskega hranilnika ne smemo bati višjih nabavnih stroškov, temveč moramo ekonomsko učinkovitost litij-ionske baterije vedno povezati s celotno življenjsko dobo in številom shranjenih kilovatnih ur.Naslednje formule se lahko uporabijo za izračun vseh ključnih številk sistema za shranjevanje litij-ionskih baterij za PV sisteme:1) Nazivna zmogljivost * cikli polnjenja = teoretična zmogljivost shranjevanja.2) Teoretična skladiščna zmogljivost * Učinkovitost * Globina praznjenja = Uporabna skladiščna zmogljivost3) Nakupni stroški / uporabna skladiščna zmogljivost = stroški na shranjeno kWh
| Svinčeno-kislinske baterije | Litij-ionska baterija | |
| Nazivna zmogljivost | 5 kWh | 5 kWh |
| Življenjski cikel | 3300 | 5800 |
| Teoretična zmogljivost shranjevanja | 16.500 kWh | 29.000 kWh |
| Učinkovitost | 82 % | 95 % |
| Globina praznjenja | 65 % | 90% |
| Uporabna kapaciteta shranjevanja | 8,795 kWh | 24.795 kWh |
| Stroški pridobitve | 4.000 dolarjev | 8.500 dolarjev |
| Stroški skladiščenja na kWh | 0,45 USD / kWh | 0,34 $/ kWh |
BSLBATT: Proizvajalec litij-ionskih sončnih baterijTrenutno obstaja veliko proizvajalcev in dobaviteljev litij-ionskih baterij.BSLBATT litij-ionske sončne baterijeuporabite LiFePo4 celice razreda A proizvajalcev BYD, Nintec in CATL, jih združite in jim zagotovite sistem za nadzor polnjenja (sistem za upravljanje baterije), prilagojen fotonapetostnemu shranjevanju energije, da zagotovite pravilno in nemoteno delovanje vsake posamezne hranilne celice kot kot celoten sistem.
Čas objave: maj-08-2024