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预计未来三到七年内,其他新型电池技术难以取代锂离子电池
预计未来三到七年内,其他新型电池技术难以取代锂离子电池
  • 发布时间:2021-02-07 15:43

预计未来三到七年内,其他新型电池技术难以取代锂离子电池

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测试、评分和验证都是项目开发商和投资商喜欢的术语和条款。毕竟,采用这些措施可以降低投资风险,增加了对新技术的信任,无论是哪个行业。考虑到这一点,全球质量保障和风险管理咨询机构挪威DNVGL公司日前发布了第三代电池性能记分卡。


在DNVGL公司今年的评测中,有22家电池厂商为DNVGL电池记分卡提供了进行测试的电池产品。该公司表示,即使没有一家电池厂商愿意公开其名称,DNVGL公司仍将继续与其技术合作伙伴开展合作以提高透明度,而这仍然是一个持续的过程。


行业分析师表示,纵观近年来的技术和市场发展趋势,磷酸铁锂电池(LFP)再次受到用户欢迎,其中包括用于固定储能系统的电池。这种电池曾在2012~2015年占据市场主导地位,但在2016年之后被镍锰钴(NMC)三元锂电池和镍钴铝(NCA)三元锂电池所取代。然而,目前宁德时代和比亚迪公司等中国电池制造商看到这种电池发展潜力和趋势来推动磷酸铁锂电池(LFP)技术的开发和生产。


DNVGL公司发布的第三个年度电池记分卡测试了22种具有不同化学性质电池的充放电性和温度依赖性行为,并确定了重要的产品趋势。


电池容量越来越大


另一个明显的趋势是储能系统的电池容量越来越大,目前的磷酸铁锂电池容量约为200Ah。其原因是,容量较大的电池单元可以节省原材料成本。


预计在电极材料的选择、电池结构和系统架构方面将有进一步的创新,而在未来几年中,电池技术的重大创新不会出现。DNVGL公司认为锂离子电池在储能领域仍然保持其首选的地位。该公司表示,预计未来三到七年内,其他电池技术不会取代锂离子电池,因为锂离子电池将在交通运输、消费电子和储能应用领域的应用的规模经济中受益。


根据的DNVGL公司的研究,目前锂离子电池的成本约为100美元/kWh,该公司的分析师预测,未来十年电池储能系统的价格将会大幅下降。


部署更多太阳能+储能项目


分析师观察到的另一趋势是越来越多的储能系统与太阳能电设施或风力发电设施共址部署。因此,储能项目开发商和用户要求其电池储能系统的电池工作寿命为20~25年,以匹配太阳能电池发电设施的工作寿命。而部署电网规模电池储能系统的开发商已经对这一需求做出了回应,在电池储能系统的部署合同中包含了全面的大修、增强、操作和维护服务。


DNVGL公司表示,电池的使用方式也将发生变化。在储能系统的早期应用中,商业服务项目主要是用户侧储能系统。而如今,越来越多的电池储能系统需要将太阳能发电量从白天转移到夜间的电力需求峰值期间。这对电池技术提出了不同的要求,其中包括充放电稳定性以及电池在不同充电状态下的退化情况。


DNVGL公司测试了记分卡的22种产品的充放电稳定性,并确定了导致容量损失1%所需的充放电次数。在今年的记分卡中,导致容量损失1%所需的充放电次数平均为381次,而这些不同的电池在这一方面有很大差异:磷酸铁锂电池为135~448次,NMC三元锂离子电池为180~849次,NCA电池为143~330次,而表现最好的钛酸盐电池为1,067次。


充放电之后的容量统计


根据研究机构所做的测试得出结论,平均来说,电池在进行1800次充放电之后,其容量将下降到铭牌容量的90%。记分卡强调需要将这种退化理解为温度的函数。如果所有的充放电都是在10℃温度下进行的,那么电池容量平均在1000次充放电之后就会下降到85%左右。DNVGL公司的测试团队在所有电池产品中都观察到了这种温度敏感性。钛酸盐电池在这方面表现最好,在8609次充放电之后仍保持铭牌容量的90%。还有两种NMC三元锂离子电池产品的性能紧随其后,分别在进行6410次和4500次充电电之后失去10%的容量。


以充电状态(SOC)而言,记分卡发现了一个50%~80%的SOC窗口,NMC三元锂离子电池在这个窗口更容易发生降解。而磷酸铁锂电池(LFP)往往在30%~40%的SOC窗口期容易发生降解。DNVGL公司表示,评估电池项目中的主要退化向量是SOC、充电速率、温度,这一点至关重要。后两者通常是电池退化的主要原因。记分卡研究人员说,根据电池特性,取决于SOC的工作范围可能是一个次要考虑因素。


充电速率是更重要的因素,较低的充电速率通常有利于电池的运行。在DNVGL的测试中,磷酸铁锂电池(LFP)和钛酸盐电池通常具有较高的充电速率,尽管测试人员指出许多NMC三元锂离子电池也表现良好,但在高充电速率下具有温度升高的缺点。


记分卡研究人员还指出了安全方面的发展。诸如UL9540A协议之类的标准要求改进测试,并已经向安全透明性迈出一步。但是DNVGL公司表示,新标准分类和不合格标准的缺失令人困惑。集装箱化储能解决方案正在不断发展,这意味着可以从外部完全访问电池储能系统,避免操作和维护人员进入集装箱的风险。DNV-GL记分卡研究人员补充道,许多电池供应商正致力于提高电池的消防安全标准和防止热失控连锁反应。


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