Ako funguje lítium-iónová batéria? Aké má výhody oproti olovenej batérii? Kedy sa oplatí používať lítium-iónovú batériu?A lítium-iónová batéria(skrátene: lítium-iónová batéria alebo Li-ion batéria) je všeobecný termín pre akumulátory založené na lítiových zlúčeninách vo všetkých troch fázach, v zápornej elektróde, v kladnej elektróde, ako aj v elektrolyte, elektrochemickom článku. Lítium-iónové batérie majú v porovnaní s inými typmi batérií vysokú špecifickú energiu, ale vo väčšine aplikácií vyžadujú elektronické ochranné obvody, pretože negatívne reagujú na hlboké vybitie aj prebitie.Lítium-iónové solárne batérie sa nabíjajú elektrinou z fotovoltaického systému a podľa potreby sa opäť vybíjajú. Olovené batérie boli dlho považované za ideálne riešenie solárnej energie na tento účel. Avšak batérie založené na lítium-iónových batériách majú rozhodujúce výhody, hoci ich kúpa je stále spojená s dodatočnými nákladmi, ktoré sa však cieleným používaním vrátia.Technická štruktúra a správanie lítium-iónových batérií pri skladovaní energieLítium-iónové batérie sa svojou všeobecnou štruktúrou zásadne nelíšia od olovených batérií. Rozdiel je len v nosiči náboja: Keď je batéria nabitá, lítiové ióny „migrujú“ z kladnej elektródy na zápornú elektródu batérie a zostávajú tam „uložené“, kým sa batéria opäť nevybije. Ako elektródy sa zvyčajne používajú kvalitné grafitové vodiče. Existujú však aj varianty so železnými alebo kobaltovými vodičmi.V závislosti od použitých vodičov budú mať lítium-iónové batérie rôzne napätie. Samotný elektrolyt musí byť v lítium-iónovej batérii bez vody, pretože lítium a voda spúšťajú prudkú reakciu. Na rozdiel od svojich olovených predchodcov, moderné lítium-iónové batérie nemajú (takmer) žiadne pamäťové efekty ani samovybíjanie a lítium-iónové batérie si dlho zachovávajú plný výkon.Lítium-iónové akumulátory zvyčajne pozostávajú z chemických prvkov mangán, nikel a kobalt. Kobalt (chemický termín: kobalt) je vzácny prvok, a preto výrobu lítiových akumulátorov predražuje. Okrem toho je kobalt škodlivý pre životné prostredie. Preto existuje viacero výskumných snáh o výrobu katódového materiálu pre lítium-iónové vysokonapäťové batérie bez kobaltu.Výhody lítium-iónových batérií oproti oloveným batériám◎Používanie moderných lítium-iónových batérií prináša množstvo výhod, ktoré jednoduché olovené batérie nedokážu poskytnúť.◎V prvom rade majú oveľa dlhšiu životnosť ako olovené batérie. Lítium-iónová batéria je schopná uchovávať solárnu energiu takmer 20 rokov.◎Počet nabíjacích cyklov a hĺbka vybitia je tiež mnohonásobne väčšia ako pri olovených batériách.◎Vďaka rôznym materiálom použitým pri výrobe sú lítium-iónové batérie oveľa ľahšie ako olovené batérie a kompaktnejšie. Preto pri inštalácii zaberajú menej miesta.◎Lítium-iónové batérie majú tiež lepšie skladovacie vlastnosti, čo sa týka samovybíjania.◎Okrem toho netreba zabúdať na environmentálny aspekt: Pretože olovené batérie nie sú pri výrobe zvlášť ekologické kvôli použitému olovu.Kľúčové technické údaje o lítium-iónových batériáchNa druhej strane treba spomenúť, že vzhľadom na dlhé obdobie používania olovených batérií existujú oveľa zmysluplnejšie dlhodobé štúdie ako pre stále veľmi nové lítium-iónové batérie, takže ich používanie a súvisiace náklady je možné lepšie a spoľahlivejšie vypočítať. Okrem toho je bezpečnostný systém moderných olovených batérií čiastočne ešte lepší ako u lítium-iónových batérií.V zásade nie sú obavy z nebezpečných defektov v lítium-iónových článkoch neopodstatnené: Napríklad sa na anóde môžu tvoriť dendrity, teda špicaté lítiové usadeniny. Pravdepodobnosť, že tieto potom spustia skraty a tým v konečnom dôsledku aj tepelný únik (exotermická reakcia so silným, samovoľne sa uvoľňujúcim teplom), je obzvlášť daná pri lítiových článkoch, ktoré obsahujú nekvalitné komponenty. V najhoršom prípade môže šírenie tejto chyby na susedné články viesť k reťazovej reakcii a požiaru batérie.Keďže však čoraz viac zákazníkov používa lítium-iónové batérie ako solárne batérie, vzdelávacie efekty výrobcov s väčšími výrobnými objemami vedú aj k ďalším technickým zlepšeniam výkonu skladovania a vyššej prevádzkovej bezpečnosti lítium-iónových batérií, ako aj k ďalšiemu zníženiu nákladov. Súčasný stav technického vývoja lítium-iónových batérií možno zhrnúť v nasledujúcich technických kľúčových údajoch:
| Aplikácie | Domáce úložisko energie, telekomunikácie, UPS, mikrosieť |
|---|---|
| Oblasti použitia | Maximálna vlastná spotreba FV energie, presun špičkového zaťaženia, režim Peak Valley, offline |
| Efektívnosť | 90 % až 95 % |
| Úložná kapacita | 1 kW až niekoľko MW |
| Hustota energie | 100 až 200 Wh/kg |
| Čas vybitia | 1 hodinu až niekoľko dní |
| Miera samovybíjania | ~ 5 % ročne |
| Čas cyklov | 3000 až 10000 (pri 80 % vybití) |
| Investičné náklady | 1 000 až 1 500 za kWh |
Skladovacia kapacita a náklady na lítium-iónové solárne batérieCena lítium-iónovej solárnej batérie je vo všeobecnosti vyššia ako cena olovenej batérie. Napríklad olovené batérie s kapacitou5 kWhv súčasnosti stojí v priemere 800 dolárov za kilowatthodinu nominálnej kapacity.Porovnateľné lítiové systémy na druhej strane stoja 1 700 dolárov za kilowatthodinu. Rozdiel medzi najlacnejšími a najdrahšími systémami je však výrazne vyšší ako v prípade olovených systémov. Napríklad lítiové batérie s kapacitou 5 kWh sú dostupné už od 1 200 dolárov za kWh.Napriek všeobecne vyšším obstarávacím nákladom sú však náklady na lítium-iónový solárny batériový systém na uskladnenú kilowatthodinu priaznivejšie, ak sa vypočítajú na celú životnosť, pretože lítium-iónové batérie poskytujú energiu dlhšie ako olovené batérie, ktoré je potrebné po určitom čase vymeniť.Preto sa pri kúpe rezidenčného batériového úložiska netreba báť vyšších obstarávacích nákladov, ale vždy treba porovnať ekonomickú efektívnosť lítium-iónovej batérie s celkovou životnosťou a počtom uložených kilowatthodín.Na výpočet všetkých kľúčových ukazovateľov systému skladovania lítium-iónových batérií pre fotovoltaické systémy možno použiť nasledujúce vzorce:1) Nominálna kapacita * počet nabíjacích cyklov = teoretická skladovacia kapacita.2) Teoretická skladovacia kapacita * Účinnosť * Hĺbka vybitia = Využiteľná skladovacia kapacita3) Nákupná cena / Využiteľná skladovacia kapacita = Cena za uskladnenú kWh
| Olovené batérie | Lítium-iónová batéria | |
| Nominálna kapacita | 5 kWh | 5 kWh |
| Životný cyklus | 3300 | 5800 |
| Teoretická úložná kapacita | 16 500 kWh | 29 000 kWh |
| Efektívnosť | 82 % | 95 % |
| Hĺbka vybitia | 65 % | 90 % |
| Využiteľná úložná kapacita | 8,795 kWh | 24,795 kWh |
| Náklady na obstaranie | 4 000 dolárov | 8 500 dolárov |
| Náklady na skladovanie za kWh | 0,45 USD/kWh | 0,34 USD/kWh |
BSLBATT: Výrobca lítium-iónových solárnych batériíV súčasnosti existuje veľa výrobcov a dodávateľov lítium-iónových batérií.Lítium-iónové solárne batérie BSLBATTpoužiť LiFePo4 články triedy A od spoločností BYD, Nintec a CATL, skombinovať ich a vybaviť systémom riadenia nabíjania (systémom správy batérie) prispôsobeným pre fotovoltaické skladovanie energie, aby sa zabezpečila správna a bezproblémová prevádzka každého jednotlivého článkového skladovania, ako aj celého systému.
Čas uverejnenia: 8. mája 2024