Czy akumulatory litowo-jonowe są bezpieczne?
Zastosowanie akumulatorów litowo-jonowych (baterii litowo-jonowych) w magazynach energii zyskuje coraz większą popularność. Jednak nie jest to rozwiązanie pozbawione wad a utrata nad nimi kontroli może doprowadzić do katastrofalnych skutków. Dlatego zadbanie o bezpieczeństwo związane z ich wykorzystaniem w systemach magazynowania energii powinno jest dla branży priorytetem.
Wiele wskazuje na to, że wpływ Baterii litowo-jonowych na kształtowanie krajobrazu energetycznego jest ogromny. Baterie litowo-jonowe od chwili wprowadzenia na rynek zyskały popularność w wielu zastosowaniach, w tym przede wszystkim w systemach magazynowania energii i w stacjach ładowania pojazdów elektrycznych. A warto przypomnieć, że innowacje w akumulatorach i pojazdach sprzyjają rozwojowi fotowoltaiki i wykorzystaniu źródeł odnawialnych.
Ponadto magazyny energii składające się z tych akumulatorów służą jako dodatkowe źródło zasilania dla wielu przedsiębiorstw i centrów przetwarzania danych. Dzięki temu na przykład pomogą Google w dekarbonizacji. Ich obecność w systemach magazynowania energii umożliwia optymalizację wydajności poprzez stabilizację częstotliwości i napięcia oraz równoważenie wahań między podażą a popytem w sieci.
Rosnąca popularność akumulatorów litowo-jonowych
Obecnie akumulatory litowo-jonowe są głównym nośnikiem energii na świecie, a ich popularność wciąż rośnie. Przewiduje się, że rynek akumulatorów litowo-jonowych osiągnie 23 miliardy dolarów do 2026 roku.
Nie bez znaczenia jest w tym przypadku fakt występowania zwiększonego zapotrzebowania na wytwarzanie energii z odnawialnych źródeł. Farmy wiatrowe, słoneczne i centra danych wybierają akumulatory litowo-jonowe z wielu powodów. Przede wszystkim istotnym czynnikiem jest ich przystępność cenowa. Oprócz tego baterie litowo-jonowe mają wysoką gęstość energii i potencjał do jeszcze większych pojemności. Charakteryzują się również stosunkowo niskim poziomem samorozładowania. Ich opłacalność w porównaniu do niektórych rozwiązań wzrasta również, jeśli uwzględnimy koszty konserwacji.
Trudności związane z zarządzaniem akumulatorowymi magazynami energii
Przy wszystkich swoich zaletach akumulatory litowo-jonowe mają pewne ograniczenia. Przede wszystkim wymagają złożonych systemów zarządzania akumulatorami. Takie systemy zapewniają pracę akumulatorów w kontrolowanych warunkach. Dzięki nim łatwiejsze staje się monitorowanie ważnych parametrów, takich jak napięcie, temperatura i stany naładowania, które zmieniają się wraz ze starzeniem się ogniw. Jest to ważne z punktu widzenia bezpieczeństwa magazynów energii.
Ryzyko eksplozji akumulatorów litowo-jonowych
Spopularyzowane akumulatory litowo-jonowe zapewniają wysoką gęstość energii na małej przestrzeni. Dlatego świetnie sprawdzają się w przypadku stacjonarnych systemów magazynowania energii. Jednak te pozytywne cechy niosą za sobą również zagrożenie pożarowe. Niewielka konstrukcja, rosnąca gęstość energii i starzenie się akumulatorów to najczęstsze źródła eksplozji.
Jeśli jedno ogniwo baterii litowo-jonowej zostanie zwarte lub wystawione na działanie wysokich temperatur, może nastąpić egzotermiczna reakcja. Jej wystąpienie może wywołać gwałtowny i ekstremalny wzrost temperatury spowodowany spalaniem elektrolitu. Efekt ten znany jest jako „ucieczka termiczna” (thermal runaway).
Ucieczka termiczna może zakończyć się olbrzymim pożarem. Niekontrolowany wzrost temperatury prowadzi do uwolnienia toksycznych i łatwopalnych gazów. Chociaż na początku konflikt termiczny występuje tylko w pojedynczym ogniwie akumulatora, to szybko może się rozprzestrzenić na sąsiednie ogniwa. A stąd już blisko do powstania pożaru o dużej skali.
Eksplozje w rozbudowanych magazynach energii są szczególnie niebezpieczne i mają wpływ na wiele aspektów działania systemu. Takie pożary są niezwykle trudne do zwalczenia. Dlatego wczesne wykrywanie tego typu zagrożeń i skuteczne zapobieganie im powinno w tym momencie stanowić dla branży priorytet.
Więcej na temat baterii litowo-jonowych możesz dowiedzieć się z naszej Bazy Wiedzy.
Źródła:
Preventing thermal runaway in lithium-ion energy storage systems, Energy Storage News
Energy storage: Preventing thermal runaway before it begins, Power Engineering
Thermal runaway: Li-on battery safety through better heat sink design, diabatix.com
Prevention of lithium-ion battery thermal runaway using polymer-substrate current collectors, Cell Reports Physical Science, cell.com