Pin Lithium-ion đã được chứng minh là công nghệ lưu trữ năng lượng điện hoá hàng đầu cho các thiết bị di động và xe điện. Mặt khác, lưu trữ quy mô lưới là một lĩnh vực đang phát triển mà không có người chiến thắng công nghệ rõ ràng nào trong tương lai.

Một loạt các bài thuyết trình tại Hội thảo và Triển lãm Pin Quốc tế năm 2021 đã nêu bật những cơ hội và thách thức đối với pin trên lưới điện và cũng được VinFast quan tâm hàng đầu trong việc sản xuất xe điện.

1. Ý nghĩa của việc lưu trữ năng lượng quy mô lưới

Chúng ta phải bắt đầu với việc hiểu rõ hơn về ý nghĩa của lưu trữ năng lượng điện hoá quy mô lưới trong thực tế. Các ứng dụng pin khác nhau có nhu cầu cạnh tranh và sự cân bằng, điều này giải thích sự đa dạng của hóa chất pin, các yếu tố hình thành tế bào và năng lượng so với tế bào năng lượng. Điều này đặc biệt đúng ở cấp lưới, về nguyên tắc, có những nhu cầu khác nhau, từ khoảng thời gian mili giây cho đến hàng tuần và hàng tháng. Tiến sĩ Raymond Byrne, một kỹ sư điện từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia, đã phân biệt các ứng dụng năng lượng như chênh lệch giá, thay đổi thời gian năng lượng tái tạo, giảm phí sử dụng, hoãn nâng cấp truyền tải và phân phối và khả năng phục hồi lưới điện từ các ứng dụng điện như điều chỉnh tần số, hỗ trợ điện áp, ổn định tín hiệu nhỏ và tăng cường khả năng tái tạo.

Trong bài thuyết trình của mình, Byrne đã đối chiếu dữ liệu năm năm gần đây từ lưới điện California và lập mô hình trường hợp tài chính cho hệ thống lưu trữ + năng lượng mặt trời với 1 MW phát quang điện (PV) kết hợp với công suất 1 MW (xếp hạng công suất), 4 MWh (xếp hạng năng lượng ) ắc quy. Dựa trên chi phí hệ thống là 2 triệu USD, trường hợp tốt nhất trong thị trường sắp tới là thời gian hoàn vốn 11 năm, nhưng kịch bản trung bình là gần 20 năm. Tình hình tài chính thậm chí còn khó khăn hơn trong thị trường phát triển ngày mà doanh thu được mô hình hóa bị giới hạn ở mức 10–15 nghìn USD mỗi năm. Do đó, bài nói chuyện của Byrne đã nêu bật những thách thức của hệ thống lưu trữ năng lượng pin cho các ứng dụng năng lượng trên lưới điện. Tuy nhiên, ông kết thúc bằng cách lưu ý rằng khoản này không tính đến trợ cấp năng lượng xanh hoặc các nguồn thu khác như các ứng dụng điện có giá trị cao hơn.

Đương nhiên, hầu hết các kịch bản tập trung vào lưới điện cho pin đang hướng tới các ứng dụng có lợi hơn. Tiến sĩ Dipti Kamath của Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge, trước đây là Đại học Bang Michigan, đã xem xét cả hai mặt của đồng hồ khi bà mô tả chi phí và tác động của lượng khí thải carbon của việc sử dụng pin xe điện đời thứ hai để lưu trữ trong nhà ở, làm săn chắc PV và cạo râu cao nhất trong hợp tác với Ford. Việc lắp đặt pin EV không sử dụng trên lưới điện trong ứng dụng đời thứ hai có thể là một lựa chọn hấp dẫn từ khía cạnh chi phí và môi trường, nhưng đời thứ hai dự kiến ​​sẽ ngắn hơn đời thứ nhất do sự lão hóa và xuống cấp, vì vậy những lợi ích tiềm năng không được đưa ra kết luận .

2. So sánh pin đời mới

Sau khi lập mô hình các thông số liên quan và so sánh PV không cần lưu trữ năng lượng điện hoá, pin mới và pin đời thứ hai, bà kết luận rằng pin đời thứ hai thực sự có chi phí điện ở mức thấp nhất và tiềm năng nóng lên toàn cầu để lưu trữ trong khu dân cư và làm săn chắc PV, nhưng điều đó lợi ích của việc cạo cao điểm phụ thuộc rất nhiều vào nguồn điện (ví dụ: Than, điện hạt nhân, thủy điện) và do đó sẽ khác nhau theo từng vùng. Tiến sĩ Holger Haase của Đại học Kỹ thuật Munich đã tiến một bước xa hơn và xem xét các thuật toán phức tạp hơn để tối ưu hóa lợi nhuận của pin lưới liên quan đến việc xếp chồng động với việc chuyển đổi giữa các ứng dụng sau mét và thước mét (xem hình từ Engelberger và cộng sự. tài liệu tham khảo 4, được sao chép theo giấy phép CC-BY). Hasse lưu ý rằng các ràng buộc về kỹ thuật và quy định cần được xem xét đối với việc xếp chồng động nhưng nó có thể mang lại nhiều lợi nhuận hơn cho hệ thống lưu trữ năng lượng, tối đa hóa giá trị năng lượng và điện năng. Đối với những người quan tâm, nhóm của anh ấy đã cung cấp các công cụ lập mô hình mã nguồn mở cho cộng đồng.

Khi chi phí của pin giảm xuống, ngày càng có nhiều ứng dụng lưới điện khả thi. Không giống như thiết bị điện tử di động hoặc EV, các ứng dụng lưới điện thường có tuổi thọ ít nhất là 20 năm, vì vậy độ bền của pin là rất quan trọng. Tiến sĩ Volkan Kumite Peli nhấn mạnh tầm quan trọng của các mô hình dựa trên vật lý tiên tiến trong việc đánh giá chính xác ảnh hưởng của suy thoái các kịch bản sử dụng khác nhau bên cạnh lợi nhuận. Các đồng nghiệp của ông trong Phòng thí nghiệm Trí thông minh Pin tại Đại học Oxford có các bài báo truy cập mở và các chương trình nguồn mở có sẵn cho cộng đồng để mô hình hóa sự suy giảm của pin. Mô hình kinh tế kỹ thuật hơn nữa so sánh lưu trữ pin với công nghệ lưu trữ lưới nhiệt và cơ học đã được xuất bản gần đây từ Đại học Alberta.

3. Ứng dụng lưới điện

Ngoài ra còn có nhiều nghiên cứu thú vị đang được tiến hành về các ” Công nghê pin Lithium thế hệ tiếp theo” về lưu trữ năng lượng điện hoá, hầu hết trong số đó tập trung đặc biệt vào các ứng dụng lưới điện. Tiến sĩ Lynn Trahey đã trình bày quan điểm từ Trung tâm Nghiên cứu Lưu trữ Năng lượng (JCESR), lưu ý các công nghệ đa dạng được quan tâm bao gồm Na-ion, Mg-ion, Ca-ion, Zn-ion, lithium-lưu huỳnh, kim loại-không khí, và dòng oxi hóa khử. Động lực chính cho tất cả các công nghệ này là triển vọng về chi phí thấp hơn và nguồn nguyên liệu thô dồi dào hơn, chuyển dịch ra khỏi lithium và lý tưởng là tài nguyên niken và coban thường liên quan đến pin Lithium-ion. Nghiên cứu đang được tiến hành để xác định các vật liệu điện cực và chất điện phân phù hợp cho hầu hết các trường hợp này, mặc dù cũng có những nỗ lực khởi động và mở rộng quy mô nổi bật. Là một công nghệ dành riêng cho lưới điện, pin lưu lượng oxy hóa khử tĩnh được quan tâm do khả năng năng lượng và công suất được tách rời cũng như các lợi thế về chi phí và an toàn có thể có, đặc biệt là với phương tiện dòng chảy dựa trên nước.

Pin kẽm-ion là một công nghệ khác đang được theo đuổi tập trung vào các ứng dụng tĩnh và lưới. Hóa chất pin kẽm có một lịch sử lâu dài và đa dạng về mặt hóa học, bắt nguồn từ đống Voltaic nổi tiếng, tế bào Daniell và tế bào Leclanché vào những năm 1800, như đã được Tiến sĩ Marshall Schroeder thảo luận. Trong số các động lực thúc đẩy hóa học pin Zn là chi phí thấp, an toàn – đặc biệt là với chất điện phân gốc nước, tính bền vững và độc tính thấp.

Các cực dương kim loại kẽm có lực hấp dẫn để hình thành các đuôi gai nhô ra khỏi bề mặt, tương tự như các cực dương có thể hình thành trong kim loại lithium hoặc thậm chí một số pin Lithium-ion. Là một phần của việc giải quyết thách thức này, Schroeder đã làm việc với một nhóm tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội và các cộng tác viên từ Đại học Maryland để xác định những hạn chế và các giải pháp khả thi để mạ và tước kẽm có thể đảo ngược. Ông lưu ý rằng hiệu suất đồng kết hợp trong các dung môi không chứa nước như propylene cacbonat và trimetyl photphat cao hơn nhiều so với trong các hệ thống nước ở một loạt nhiệt độ, vật liệu thu dòng và cửa sổ điện áp.

Mặc dù vẫn còn những thách thức trong nghiên cứu, nhưng vẫn có một số công ty thương mại hóa pin sạc dựa trên kẽm: Schroeder đã đề cập đến Anzode, Imprint Energy, ZincFive, Everzinc, EOS, Salient, PowerShield và Urban Electric Power.

Tiến sĩ Gautam Yadav từ Urban Electric Power (UEP) ở New York là một diễn giả khác tại Hội thảo quốc tế về pin và ông đã thảo luận về pin điôxít kẽm / mangan của họ. Yadav đã trình bày chi tiết về pin kẽm dung dịch nước thế hệ thứ nhất và thứ hai của họ và báo cáo rằng thế hệ pin đã được triển khai của họ. Một sản phẩm có mật độ thể tích và năng lượng trọng trường cao gấp đôi so với axit chì (tấm lót thủy tinh hấp thụ) và ngang bằng với lithium sắt phosphate. Pin UEP được lắp đặt trong các ứng dụng lưới điện liên tục (UPS) tại Trường Cao đẳng Thành phố New York và đã đề xuất thay thế pin dự phòng axit chì có van điều chỉnh tại Trung tâm Siêu máy tính San Diego. Theo Yadav, lưu trữ năng lượng mặt trời là một ứng dụng chính khác cho hóa học kẽm, và pin UEP đã được chứng minh trong bối cảnh này với các đối tác ở Ấn Độ.

Tiếp tục về mặt thương mại, Tiến sĩ Tomasz Poznar từ A123 Systems lưu ý rằng, trong không gian Lithium-ion thông thường hơn, họ có cả dòng sản phẩm NMC và LFP cho các ứng dụng lưới điện nhưng hướng tới LFP vì các đặc tính an toàn nâng cao của nó. Tiến sĩ Fabio Albano của NexTech Bat Battery đã thảo luận về pin Lithium-sulfur như một giải pháp lưu trữ năng lượng quy mô lớn và chi phí thấp tiềm năng cho lưới điện.

Một trong những thách thức với công nghệ lưu trữ quy mô lưới điện hóa nằm ở việc thử nghiệm và mô hình hóa hiệu suất và sự suy giảm của pin trong khoảng thời gian liên quan hơn 20 năm. Tiến sĩ Matthieu Dubarry thuộc Viện Năng lượng Tự nhiên Hawaii và Đại học Hawaii đã mô tả tầm quan trọng của phương pháp kết hợp trong đó dữ liệu kiểm tra pin thực nghiệm được đưa vào mô hình dự đoán. Nhóm của ông đã tiến hành các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm trên các tế bào pin LTO trong 450 ngày, sau đó chỉ quan sát thấy sự mờ dần khoảng 1% dung lượng trong hầu hết các điều kiện thử nghiệm. Sự xuống cấp tối thiểu này là lý tưởng cho việc lưu trữ trên lưới điện, nhưng nó khiến việc dự đoán hiệu suất trong 20 năm trở nên khó khăn.

Dubarry đã xem xét sâu hơn các cơ chế suy thoái gốc, xác định mất mát tồn kho lithium và tổn thất vật liệu hoạt động catốt là những vấn đề chính. Những hiểu biết này cho phép ông phát triển các mô hình để dự đoán chính xác hơn sự xuống cấp trong tương lai và chậm trễ hoặc phi tuyến tính. Cuối cùng, Dubarry kết luận rằng các tế bào Lithium-ion phù hợp đã thích nghi tốt cho hầu hết các ứng dụng lưới điện, bao gồm cả những ứng dụng diễn ra tại ba hệ thống lưu trữ năng lượng được lắp đặt trên các đảo Hawaii ngày nay.

Không chỉ cập nhập và đón đầu xu hướng năng lượng sạch, VinFast tiếp tục phát triển những công nghệ, những kỹ thuật tiên tiến sánh ngang với các cường quốc để đem tới người tiêu dùng những sản phẩm công nghệ đặc biệt và chất lượng cao. 

Theo Battery Power