Zmiany na rynku akumulatorów. Baterie litowo-jonowe wracają do łask

Istnieje wiele rodzajów baterii Li-ion o różnych charakterystykach. Do skonstruowania ESS potrzebne jest użycie rozwiązania o cechach jak najbardziej zbliżonych do idealnego podzespołu dla magazynu energii. Jakie są to cechy?

• wiele cykli ładowania

Magazyny energii wymagają od baterii zapewnienia wielu cykli ładowania. ESS są w ciągłej pracy, bez przerwy gromadząc i oddając energię. Najlepsze baterie Li-ion zapewniają do 10 tysięcy takich cykli, a najgorsze tylko 500. Koniec żywotności baterii tego typu następuje zazwyczaj, gdy możliwości magazynowania energii spadną do 70-80% ich pierwotnej pojemności.

• wysoka moc

Magazyny energii muszą koniecznie być w stanie zapewnić wysoki poziom oddawanej mocy. Szybkie uwolnienie zgromadzonej energii w czasie największego zapotrzebowania to jedno z podstawowych zadań dla ESS. Elastyczne systemy energetyczne magazynujące prąd w czasie najwyższej produkcji i generujące go w okresie największego zapotrzebowania to jak na razie jedno z lepszych rozwiązań dla niestabilności sieci i szalejących cen.

• niskie koszty produkcji

Systemy ESS wymagają akumulatorów o wysokiej gęstości mocy. Potrzeba użycia gigantycznych ilości surowców do stworzenia pojemnych baterii ogranicza ekonomicznie opłacalne użycie technologii Li-ion i zmusza do wyboru tych najtańszych, przy jednoczesnym poszanowaniu aspektów środowiskowych

• jak najmniejsze ryzyko ucieczek termicznych

Bezpieczeństwo to zawsze najważniejszy aspekt. Podzespoły pracującego magazynu energii oddające i przyjmujące duże ilości energii w małych interwałach czasowych powodują nagrzewanie się tych części w samoistny, niekontrolowany sposób. Użycie niskiej jakości materiałów o małej wytrzymałości termicznej może skutkować ich samozapłonem, wyciekiem szkodliwych substancji do środowiska, a nawet wybuchem. 

Na rynku dostępnych jest sześć typów baterii litowo-jonowych. Przyjrzyjmy się ich charakterystykom i sprawdźmy które są najlepszym podzespołem dla ESS.

Baterie LFP 

Są najlepszym rozwiązaniem w dziedzinie magazynów energii. Charakteryzuje je niski koszt produkcji, ponieważ bazują na żelazie, użycie którego jednocześnie podnosi aspekty ekologiczne tego rozwiązania. W bateriach typu LFP prawdopodobieństwo ucieczki termicznej jest bardzo niskie. Dodatkowo są one w stanie zapewnić wiele cykli ładowania, osiągając wyniki rzędu 2-5 tysięcy cykli. Mała gęstość mocy z jaką mamy do czynienia w tym przypadku nie jest problemem. Magazyny energii zajmują dużo miejsca i ważą dużo, dlatego gęstość mocy nie gra tu kluczowej roli w odróżnieniu od np. świata elektromobilności. 

Baterie NMC

Ich silna charakterystyka przyczyniła się do popularności tych baterii. Wśród ich silnych cech należy wymienić dużą gęstość mocy oraz dużą energetyczność. Prawdopodobieństwo ucieczek termalnych jest również niskie w tym przypadku. W porównaniu do technologii LFP oferują znacznie mniej cykli ładowania, bo tylko do dwóch tysięcy. Aspekty środowiskowe tego rozwiązania również pozostawiają wiele do życzenia. Wykorzystanie niklu i kobaltu przy produkcji jest szkodliwe dla środowiska, jak i również podnosi ilość nakładów finansowych. Skala eksploatacji środowiska w celu pozyskania tych pierwiastków jest tak wielka, że już dziś można mówić o wyczerpaniu wspomnianych surowców i postawić przyszłość baterii NMC pod znakiem zapytania.

NCA

Ten rodzaj baterii pod względem ilości cykli osiąga podobne wyniki jak NMC, osiągając 1000-2000 cykli ładowania. Poziom możliwych osiągów zależy od technologii wykorzystania kobaltu i niklu w produkcji. NCA mają większą gęstość energii niż NMC, jednocześnie są mniej bezpieczne i narażone na ucieczki termalne. 

LMO

Ten rodzaj baterii nie jest tak popularny na rynku jak wcześniej wymienione. Głównym powodem niepowodzenia technologii LMO są podobne charakterystyki do LFP przy zapewnieniu mniejszej liczby cykli ładowania, bo tylko od 500 do 800. Tym samym niskie koszty produkcji tych baterii nie są odczuwalne dla inwestora, częściej trzeba wymieniać akumulatory w magazynie , dlatego wzrastają koszty operacyjne. LMO są popularne w zastosowaniu w elektronarzędziach, medycynie i niektórych rozwiązaniach EV. To za sprawą stosunkowo wysokiej sprawności w wysokich temperaturach i dostępnej mocy, 

LCO

Ze względu na swoją specyficzną charakterystykę są słabym kandydatem na zastosowanie w magazynach energii, głównie ze względu na niski poziom cykli ładowań sięgający tysiąca i pojawiające się niebezpieczeństwo eksploatacji w wysokich temperaturach. Natomiast dzięki niskiej wadze znalazły zastosowanie w laptopach i smartfonach - te urządzenia czerpią z wolnego procesu uwalniania energii w bateriach LCO.

LTO

Ostatni z rodzajów baterii litowo-jonowych z najwyższym możliwym poziomem cykli ładowań, bo sięgającym aż 10 000. Jednak ze względu na małą gęstość mocy nie są popularnym rozwiązaniem na rynku ESS. Konieczność użycia większej ilości surowców do zgromadzenia opłacalnej ilości mocy podnosi koszty produkcji. Dla zobrazowania inne Li-ion potrafią przechować 12-500 watogodzin w kilogramie masy podczas gdy LTO już tylko 50-80 Wh/kg. 

Przyszłość energetyki?

Rozwój technologii magazynowania energii jest kluczowy w procesie zielonej transformacji. ESS umożliwiają gromadzenie nadwyżek z OZE i oddawanie energii do sieci kiedy brak warunków do produkcji czystego prądu. Takie działanie stabilizuje sieć, uodparnia konsumentów na rynkowe fluktuacje i daje więcej czasu na modernizację sieci przesyłowej. Z biegiem lat mogą okazać się również idealnym rozwiązaniem dla zwykłych ludzi, zwłaszcza prosumentów chcących uodpornić się  na nadchodzące godzinowe taryfy rozliczania energii elektrycznej czy pomoc w przejściu na off-grid. Magazyny energii są również kluczowe dla zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego w trudnych sytuacjach geopolitycznych. 

Źródło: energy.storage.news