Fremskritt innen batteriteknologi for marine energilagringssystemer

Forord

Etter hvert som verden beveger seg mot grønnere energiløsninger, har litiumbatterier fått økt oppmerksomhet. Selv om elbiler har vært i søkelyset i over et tiår, har potensialet til elektriske energilagringssystemer i maritime omgivelser blitt oversett. Det har imidlertid vært en økning i forskning som fokuserer på å optimalisere bruken av litiumbatterier og ladeprotokoller for ulike båtapplikasjoner. Litiumionfosfat-dypsyklusbatterier er i dette tilfellet spesielt attraktive på grunn av deres høye energitetthet, gode kjemiske stabilitet og lange sykluslevetid under de strenge kravene til marine fremdriftssystemer.

Etter hvert som installasjonen av litiumbatterier får fart, øker også implementeringen av forskrifter for å sikre sikkerhet. ISO/TS 23625 er en slik forskrift som fokuserer på valg, installasjon og sikkerhet av batterier. Det er viktig å merke seg at sikkerhet er avgjørende når det gjelder bruk av litiumbatterier, spesielt med tanke på brannfare.

Marine energilagringssystemer

Marine energilagringssystemer blir en stadig mer populær løsning i den maritime industrien etter hvert som verden beveger seg mot en mer bærekraftig og miljøvennlig fremtid. Som navnet antyder, er disse systemene designet for å lagre energi i et marint miljø og kan brukes til en rekke formål, fra å drive skip og båter til å gi reservestrøm i tilfelle en nødsituasjon.

Den vanligste typen marint energilagringssystem er et litiumionbatteri, på grunn av dets høye energitetthet, pålitelighet og sikkerhet. Litiumionbatterier kan også skreddersys for å møte de spesifikke strømkravene til ulike marine applikasjoner.

En av hovedfordelene med marine energilagringssystemer er deres evne til å erstatte dieselgeneratorer. Ved å bruke litiumionbatterier kan disse systemene tilby en pålitelig og bærekraftig strømkilde for en rekke bruksområder. Dette inkluderer hjelpestrøm, belysning og andre elektriske behov om bord på et skip eller fartøy. I tillegg til disse bruksområdene kan marine energilagringssystemer også brukes til å drive elektriske fremdriftssystemer, noe som gjør dem til et levedyktig alternativ til konvensjonelle dieselmotorer. De er spesielt egnet for mindre fartøy som opererer i et relativt begrenset område.

Totalt sett er marine energilagringssystemer en nøkkelkomponent i overgangen til en mer bærekraftig og miljøvennlig fremtid i den maritime industrien.

Fordeler med litiumbatterier

En av de mest åpenbare fordelene med å bruke litiumbatterier sammenlignet med dieselgeneratorer er mangelen på giftige utslipp og klimagasser. Hvis batteriene lades med rene kilder som solcellepaneler eller vindturbiner, kan det gi 100 % ren energi. De er også rimeligere når det gjelder vedlikehold med færre komponenter. De produserer mye mindre støy, noe som gjør dem ideelle for docking i nærheten av bolig- eller befolkede områder.

Litiumbatterier med akkumulator er ikke den eneste typen batterier som kan brukes. Faktisk kan marine batterisystemer deles inn i primærbatterier (som ikke kan lades opp) og sekundærbatterier (som kan lades opp kontinuerlig). Sistnevnte er mer økonomisk fordelaktig i en langsiktig applikasjon, selv når man vurderer kapasitetsforringelse. Blybatterier ble opprinnelig brukt, og litiumbatterier med akkumulator regnes som nye batterier. Forskning har imidlertid vist at de gir høyere energitetthet og lengre levetid, noe som betyr at de er bedre egnet for langdistanseapplikasjoner og høy belastning og høye hastighetskrav.

Til tross for disse fordelene har ikke forskere vist noen tegn til selvtilfredshet. Gjennom årene har en rekke design og studier fokusert på å forbedre ytelsen til litiumbatterier for å forbedre deres marine bruk. Dette inkluderer nye kjemiske blandinger for elektrodene og modifiserte elektrolytter for å beskytte mot branner og termiske løp.

Valg av litiumbatteri

Det er flere egenskaper å vurdere når man velger litiumbatterier til et marint litiumbatterisystem. Kapasitet er en kritisk spesifikasjon å vurdere når man velger et batteri til marin energilagring. Det bestemmer hvor mye energi det kan lagre, og dermed mengden arbeid som kan produseres før det lades opp igjen. Dette er en grunnleggende designparameter i fremdriftsapplikasjoner der kapasiteten dikterer kjørelengden eller avstanden båten kan reise. I en marin kontekst, der plassen ofte er begrenset, er det viktig å finne et batteri med høy energitetthet. Batterier med høyere energitetthet er mer kompakte og lette, noe som er spesielt viktig på båter der plass og vekt er begrenset.

Spennings- og strømstyrke er også viktige spesifikasjoner å vurdere når man velger litiumbatterier til marine energilagringssystemer. Disse spesifikasjonene bestemmer hvor raskt batteriet kan lades og utlades, noe som er viktig for applikasjoner der strømbehovet kan variere raskt.

Det er viktig å velge et batteri som er spesielt utviklet for maritim bruk. Maritime miljøer er tøffe, med eksponering for saltvann, fuktighet og ekstreme temperaturer. Litiumbatterier som er utviklet for maritim bruk, har vanligvis vanntetthet og korrosjonsbestandighet, samt andre funksjoner som vibrasjonsmotstand og støtmotstand for å sikre pålitelig ytelse under utfordrende forhold.

Brannsikkerhet er også avgjørende. I marine applikasjoner er det begrenset plass til batterilagring, og enhver brannspredning kan føre til utslipp av giftig gass og kostbare skader. Installasjonstiltak kan iverksettes for å begrense spredningen. RoyPow, et kinesisk litiumionbatteriprodusentselskap, er et eksempel der innebygde mikroslukningsapparater er plassert i batteripakkens ramme. Disse slukkeapparatene aktiveres enten av et elektrisk signal eller ved å brenne den termiske ledningen. Dette vil aktivere en aerosolgenerator som kjemisk dekomponerer kjølevæsken via en redoksreaksjon og sprer den for å slukke brannen raskt før den sprer seg. Denne metoden er ideell for raske inngrep, godt egnet for applikasjoner med trange rom, som marine litiumionbatterier.

Sikkerhet og krav

Bruken av litiumbatterier til marine applikasjoner er økende, men sikkerhet må være en topprioritet for å sikre riktig design og installasjon. Litiumbatterier er sårbare for termisk runaway og brannfare hvis de ikke håndteres riktig, spesielt i det tøffe marine miljøet med saltvannseksponering og høy luftfuktighet. For å håndtere disse bekymringene er det etablert ISO-standarder og forskrifter. En av disse standardene er ISO/TS 23625, som gir retningslinjer for valg og installasjon av litiumbatterier i marine applikasjoner. Denne standarden spesifiserer krav til batteridesign, installasjon, vedlikehold og overvåking for å sikre batteriets holdbarhet og sikre drift. I tillegg gir ISO 19848-1 veiledning om testing og ytelse av batterier, inkludert litiumbatterier til marine applikasjoner.

ISO 26262 spiller også en betydelig rolle i funksjonssikkerheten til elektriske og elektroniske systemer i marinefartøy, så vel som andre kjøretøy. Denne standarden krever at batteristyringssystemet (BMS) må være utformet for å gi visuelle eller hørbare varsler til operatøren når batteriet har lite strøm, blant andre sikkerhetskrav. Selv om overholdelse av ISO-standarder er frivillig, fremmer overholdelse av disse retningslinjene sikkerhet, effektivitet og levetid for batterisystemene.

Sammendrag

Litiumbatterier er i rask vekst som en foretrukket energilagringsløsning for marine applikasjoner på grunn av deres høye energitetthet og forlengede levetid under krevende forhold. Disse batteriene er allsidige og kan brukes til en rekke marine applikasjoner, fra å drive elektriske båter til å gi backup-strøm for navigasjonssystemer. Videre utvider den kontinuerlige utviklingen av nye batterisystemer spekteret av mulige bruksområder til å omfatte dyphavsutforskning og andre utfordrende miljøer. Bruken av litiumbatterier i den marine industrien forventes å redusere klimagassutslipp og revolusjonere logistikk og transport.