Kích hoạt pin để đáp ứng các thông số kỹ thuật an toàn

Trên thực tế, công nghệ pin đã thu hút được sự quan tâm của nhiều ngành nhưng theo cách không hoàn toàn tích cực vì các đặc tính dễ cháy của pin Li-ion. Trong năm 2018, khoảng 23 vụ tai nạn lưu trữ năng lượng điện tại các tiện ích ở Hàn Quốc đã được báo cáo do hỏa hoạn pin gây ra. Đoản mạch, quá tải, xả quá mức, hư hỏng cơ học và nhiệt độ cao có thể dẫn đến sự thoát nhiệt, cháy và nổ trong pin là hàng loạt nguyên nhân có thể xảy ra. Các công nghệ mới đang được nghiên cứu để cải thiện an toàn pin Li-ion. Khoa Kỹ thuật thuộc Đại học Illinois đang nghiên cứu graphene – một vật liệu có thể lấy oxy ra khỏi đám cháy pin lithium.

Công việc của IEC là rất cần thiết

Hệ thống đánh giá sự phù hợp và tiêu chuẩn quốc tế (CA) quan trọng hơn bao giờ hết để thiết lập và kiểm tra các thông số kỹ thuật an toàn và yêu cầu về hiệu suất đối với pin, cho dù là axit chì, niken-cadmium (NICad) hay Li-ion. Một số ủy ban kĩ thuật của IEC chuẩn bị các tiêu chuẩn cho pin. Một trong số đó là IEC TC 21, do Herbert Giess chủ trì. IEC 21 là ủy ban kĩ thuật chính để đối phó với tiêu chuẩn hóa pin bên trong của IEC, ủy ban được thành lập vào năm 1933. Năm 1965, người ta quyết định chia công việc của ủy ban này thành hai lĩnh vực khác nhau bao gồm các công nghệ pin khác nhau. SC 21A được giao nhiệm vụ chuẩn bị các loại pin có chất điện phân kiềm như NiCad hoặc niken kim loại hydrua và TC 21 được yêu cầu tập trung vào pin với chất điện phân axit gọi là axit chì. Hiện giờ cả hai tiểu ban đều chia sẻ công việc về pin Li-ion.

Trong khi IEC TC 21 và SC 21A chuẩn bị các tiêu chuẩn cho pin và pin được sử dụng trong nhiều ứng dụng cố định và di động, thì IEC TC 120 được thiết lập để công bố thông số kỹ thuật cho việc tích hợp chúng vào hệ thống lưu trữ năng lượng điện. Tiêu chuẩn của TC 120 liên quan đến việc kết nối pin với các hệ thống lưu trữ năng lượng lớn và sự tích hợp an toàn của chúng vào lưới điện.

IECEE (Hệ thống đánh giá sự phù hợp của hệ thống IEC cho các thiết bị và linh kiện điện tử) là một trong bốn hệ thống CA do IEC quản lý. Hệ thống chạy một sơ đồ kiểm tra sự an toàn, khả năng tương tác thành phần hiệu suất, hiệu quả năng lượng, khả năng tương thích điện từ (EMC), các chất độc hại, vv của pin, bộ sạc và trạm sạc.

Tiêu chuẩn cho năng lượng mặt trời EVs

Theo dự báo của Cơ quan Năng lượng Quốc tế, số lượng EV trên thế giới sẽ tăng từ 3 triệu lên 125 triệu vào năm 2030. Năm 2018, IEC TC 21 đã xuất bản một số tài liệu quan trọng, bao gồm cả phiên bản thứ hai của IEC 62660-2 là một phần của sê-ri IEC 62660 trên các tế bào Li-ion thứ cấp cho lực đẩy của EVs. Tiêu chuẩn IEC 62660 có ba phần khác nhau: phần thứ nhất liên quan đến kiểm tra hiệu năng, phần thứ hai với các bài kiểm tra độ tin cậy và phần thứ ba với các yêu cầu an toàn, theo ông Giess mô tả.

Mục đích của IEC 62660-2 là cung cấp phương pháp kiểm tra lạm dụng và độ tin cậy cơ bản cho các tế bào Li-ion có thể được sử dụng trong một loạt các hệ thống và gói pin ô tô khác nhau. Nó có sẵn trong một phiên bản dòng màu đỏ, có nghĩa là những thay đổi với phiên bản trước được tô sáng. Ví dụ, phiên bản mới chỉ định thử nghiệm ổn định nhiệt không tồn tại trong phiên bản trước.

IEC TC 21 công bố một số lượng lớn các thông số kỹ thuật của pin axit chì. Mặc dù công nghệ này vẫn chiếm ưu thế vì rẻ hơn và an toàn hơn Li-ion hiện nay, pin axit chì đang được loại bỏ trong một số ứng dụng. Nhưng điều mà mọi người thường không biết là pin chì-axit có thể tái chế 98%. Chúng được tái chế cả ở Mỹ và Châu Âu, sử dụng các quy trình được làm chủ tốt. Khách hàng tiềm năng được sử dụng nhiều lần mà không mất tài sản của mình, ông Giess lập luận.

Trọng lượng cũng là một vấn đề: Pin Li-ion có trọng lượng thấp hơn đáng kể so với các đối tác axit chì của chúng. Trọng lượng thấp Li-ion đặc biệt ấn tượng khi bạn xem xét hiệu suất. Với cùng trọng lượng với axit chì, pin Li-ion có mật độ năng lượng cao hơn nhiều (khả năng lưu trữ năng lượng). Theo hầu hết các báo cáo, mật độ năng lượng của Li-ion gấp khoảng 3,5 lần so với axit chì.

Pin Li-ion cũng có thể được tái chế, nhưng quá trình này vẫn còn đắt đỏ và hiện tại, tỷ lệ thu hồi vật liệu hiếm khi lên tới 20%. Các nguyên liệu thô được sử dụng trong pin Li-ion thường là niken, coban, mangan và lithium rất đắt để có được. Một số nguyên liệu thô này khan hiếm và có thể nằm ở những nơi khó tiếp cận và không ổn định về mặt chính trị. Tuy nhiên, nghiên cứu đang tiến triển nhanh chóng và một số phòng thí nghiệm đã đạt được mức phục hồi 80%. Các nhà khoa học cũng đang xem xét các loại pin có thể sạc được bằng lithium-air thay thế cho Li-ion.

Một cách khác về phía trước là tái sử dụng các pin này cho các ứng dụng vòng đời thứ hai. Tùy thuộc vào hóa học, kích thước, cấu hình và mục đích của nó, theo hầu hết các báo cáo, pin Li-ion có thể thực hiện từ 500 đến hơn 10 000 chu kỳ sạc và xả. Pin Li-ion đã được sử dụng trong một ứng dụng có thể được đánh giá về khả năng sử dụng chúng trong các ứng dụng khác, ít đòi hỏi hơn. Tuổi thọ cho pin là một thành phần cho các trạm sạc linh hoạt. Đây là những trạm sạc nhanh có thể được vận hành tự động trong các sự kiện quy mô lớn, như lễ hội hoặc sự kiện thể thao. Pin từ xe điện có thể được tái sử dụng trong mọi thứ, từ nguồn dự phòng cho các trung tâm dữ liệu đến hệ thống lưu trữ năng lượng. Ở châu Âu, một số nhà sản xuất xe, các công ty tiên phong trong thị trường ô tô điện, đã lắp đặt pin đã sử dụng chủ yếu trong các hệ thống lưu trữ năng lượng khác nhau, từ các thiết bị dân dụng nhỏ đến các giải pháp quy mô lưới điện lớn hơn.

Tiêu chuẩn cho việc lưu trữ năng lượng tái tạo

IEC TC 21 đã ban hành hai tiêu chuẩn thiết yếu cho hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo. Tiêu chuẩn đầu tiên, IEC 61427-1, chỉ định các yêu cầu chung và phương pháp thử nghiệm cho các ứng dụng ngoài lưới và điện được tạo ra bởi các mô-đun PV. Tiêu chuẩn thứ hai 2, cũng làm như vậy nhưng đối với các ứng dụng trên lưới, với đầu vào năng lượng từ các công viên năng lượng mặt trời và gió. Các tiêu chuẩn tập trung vào đặc tính thích hợp của hiệu suất pin, cho dù nó được sử dụng để cung cấp năng lượng cho tủ lạnh lưu trữ vắc-xin ở vùng nhiệt đới hoặc ngăn chặn sự cố mất điện trong lưới điện trên toàn quốc. Các tiêu chuẩn này áp dụng tốt cho pin chì hoặc pin Li-ion. Ủy ban kĩ thuật cũng đang chuẩn bị các tiêu chuẩn cho pin lưu lượng (pin dòng oxi hóa khử). Một pin lưu lượng thông thường bao gồm hai lõi chứa chất lỏng hoạt động điện hóa được bơm qua hai điện cực có cực phân cực được ngăn cách bởi một màng. Giess cho biết, pin lưu lượng là một công nghệ thú vị có thể được sử dụng cho các yêu cầu lưu trữ năng lượng rất lớn vì các lõi chứa có thể được định kích thước theo ý muốn.

Hà My