Wat is koude opslag?

Deze vraag kreeg ik vorig jaar op een beurs. Een man van een Europese ESS-integrator wilde weten waarom zijn leverancier extra rekende voor 'cold chain-logistiek'. Hij dacht dat het een oplichterij was. Dat was het niet.

Lithiumcellen gaan achteruit als ze op een plank staan. Hoe warmer het magazijn, hoe sneller ze capaciteit verliezen. Dit is geen klein effect. Ik heb testgegevens gezien van een celfabrikant die een capaciteitsverlies van 2-3% aantoonde gedurende zes maanden bij 35 graden, tegenover misschien een half procent bij 20 graden. De cellen werden niet eens gebruikt. Gewoon daar zitten.

Koude opslag is precies hoe het klinkt. Je plaatst de cellen in een temperatuurgecontroleerd magazijn-, bewaart het ergens rond de 15-25 graden en controleert de luchtvochtigheid. De nevenreacties in de cel vertragen. De SEI-laag groeit langzamer. Je verliest minder lithium.

Na de zomer van 2022 discussieert niemand in China over de vraag of koude opslag ertoe doet. Oost-China had wekenlang een temperatuur van 40 graden. Ik hoorde van iemand bij een verpakkingsfabrikant in Jiangsu dat een aantal celleveranciers hun voorraad moesten afschrijven omdat de cellen met een merkbaar lagere capaciteit dan gespecificeerd uit de opslag kwamen. Of dat verhaal overdreven is, kan ik niet zeggen, maar de timing komt overeen met het moment waarop upgrades voor koude opslag in ieders investeringsplannen begonnen op te duiken.

Cold Storage

Je kunt cellen niet zomaar in een koude opslag gooien, ongeacht de laadtoestand. Volledige lading is slecht voor de kathode. De gelaagde oxidestructuur in NMC met een hoog{2}}nikkelgehalte houdt er niet van om maandenlang op 4,2 V te blijven staan. Iets over onomkeerbare faseveranderingen. Ik ben geen materiaalwetenschapper, dus ik zal niet doen alsof ik het mechanisme volledig begrijp, maar het resultaat is meetbaar capaciteitsverlies.

Lege cellen zijn erger. Als de spanning te laag wordt, begint de koperen stroomcollector op te lossen. Je laadt de cel weer op en de koperafzettingen ergens waar dat niet hoort. De interne weerstand neemt toe. Soms faalt de cel gewoon helemaal.

De goede plek ligt ergens tussen de 30% en 50% SOC. BYD vereist blijkbaar 40% plus of min 5% voor Blade-cellen die worden opgeslagen. Ik heb het daadwerkelijke document niet gezien, maar meerdere mensen hebben dit nummer genoemd. LFP is lastig omdat de spanningscurve zo vlak is. Moeilijk om precies te weten op welke SOC u zich bevindt, alleen al door de spanning te meten. Sommige fabrikanten voeren vóór opslag een volledige laad--ontlaadcyclus uit, alleen maar om te kalibreren.

Cold Storage

LFP kan beter met kou omgaan dan ternair. Gotion vermeldt de opslagtemperatuur tot min 20 graden op hun gegevensblad. NCA en NCM met een hoog-nikkelgehalte zijn kieskeuriger. Samsung SDI NCA-cellen willen 15-25 graden als ik me de specificaties goed herinner. Ga onder de 10 graden en de elektrolyt wordt te stroperig. Heeft blijkbaar invloed op de formatiekwaliteit.

SVOLT stelt zelfs nog strengere eisen aan hun korte-bladecellen. Iets rond de 18-23 graden met hoe dan ook slechts een tolerantie van 2 graden. Niet eenvoudig te onderhouden het hele jaar-in het zuiden van China, waar de buitentemperatuur in de zomer de 40 graden bereikt. De compressoren draaien non-stop. Elektriciteitsrekeningen worden lelijk. Een magazijnbeheerder met wie ik sprak, zei dat hun energierekening in juli meer dan 100.000 RMB bedroeg en dat werd als normaal beschouwd voor een middelgrote faciliteit.

Sommige fabrikanten versoepelen stilletjes de bovengrens naar 28 graden tijdens de piekzomer. Vervolgens voeren ze een extra OCV-scherm uit voordat ze worden verzonden om cellen op te sporen die te veel zijn afgebroken. Niet ideaal, maar de economie is wat ze zijn.

Verplaats een koude cel naar een warme kamer en er condenseert water op het oppervlak. Iedereen weet dit. Wat niet iedereen zich realiseert, is hoeveel dit van belang is voor buidelcellen. Water op de aluminiumlaminaatfilm is niet alleen een cosmetisch probleem. Het komt in de liplassen terecht. Veroorzaakt oxidatie. In slechte gevallen baant vocht zich een weg door de heatseal en reageert met de elektrolyt.

De juiste manier om hiermee om te gaan is een bufferzone. De cellen bevinden zich vier tot zes uur in een kamer met een gemiddelde temperatuur voordat ze naar de productievloer worden verplaatst. De temperaturen worden geleidelijk gelijk. Geen condensatie.

Kleinere bewerkingen slaan deze stap over. Ik bezocht een assemblagewerkplaats voor pakketten waar ze cellen rechtstreeks van een koeler van 5 graden naar een werkplaats van 30 graden trokken. Midden augustus. Elk celoppervlak was nat. De productiemanager gaf toe dat het afkeurpercentage voor modulelassen die maand hoog was. Hij gaf de lasapparatuur de schuld. Ik had mijn eigen theorie.

Zes maanden is de gebruikelijke limiet. Daarna moet u opnieuw testen. OCV, IR, capaciteit, de hele suite. Cellen die falen, worden gedegradeerd of gesloopt. EVE vereist vermoedelijk dat cellen die langer dan negen maanden zijn bewaard, teruggaan naar de fabriek voor herbeoordeling. Ik heb dit niet rechtstreeks bevestigd, maar het kwam van iemand die het zou weten.

Dit werd een echte kopzorg toen de ESS-markt eind 2023 vertraagde. Integrators zaten met voorraden die ze niet konden verplaatsen. Projecten liepen steeds vertraging op. Tegen de tijd dat de deals uiteindelijk werden gesloten, hadden de cellen hun opslagtermijn overschreden. Er volgden maandenlange discussies tussen integrators en celleveranciers over wiens probleem dit was. Koopcontracten bevatten nu vaak de tekst die vereist dat de cellen binnen 60 of 90 dagen na levering moeten worden vervaardigd. Les geleerd.

Cold Storage

Standaard magazijnsprinklers werken niet goed bij lithiumbatterijbranden. Water dat een cel raakt die in een thermische runaway verkeert, kan de situatie verergeren. Genereert waterstof. De voorkeurssystemen zijn nu perfluorhexanon of fijne watermist, maar een perfluorhexanon-opstelling kost miljoenen RMB. Veel magazijnen kunnen die uitgaven niet rechtvaardigen.

Verzekeringen zijn de grootste belemmering geworden. CPIC en Ping An hebben beide de tarieven voor de opslag van lithiumbatterijen verhoogd vanaf ongeveer 2024. Drie tot vier keer wat een normaal magazijn betaalt, van wat ik heb gehoord. Sommige verzekeraars zullen deze projecten helemaal niet aanraken. Zonder verzekeringsdekking, veel succes met het verkrijgen van bankfinanciering. Alles stroomafwaarts loopt vast.

Cellen hebben tijdens opslag periodieke spanningscontroles nodig. Normale zelfontlading- bedraagt enkele millivolt per maand. Als u ziet dat een cel 15 mV of meer verliest, is er waarschijnlijk intern iets mis. Microkortsluiting waarschijnlijk. Trek het eruit en behandel het afzonderlijk.

Europese klanten willen temperatuurlogboeken voor de gehele opslagperiode zien. Sommige magazijnen bevestigen dataloggers aan elke pallet die met de zending meegaat. Klant haalt de gegevens op bij ontvangst. Eén uit-van-specificatie-afwijking in dat logboek en ze kunnen de hele batch afwijzen. Het is gebeurd met een verzender die ik ken. Veertig- voetcontainer keerde om in de haven.

FIFO moet eenvoudig zijn. Eerst erin, eerst eruit. In de praktijk pakken heftruckchauffeurs de pallet die het gemakkelijkst te bereiken is. De spullen achterin het rek blijven daar maanden liggen totdat iemand het merkt. MES-systemen helpen als je die hebt. Veel magazijnen draaien nog steeds op spreadsheets en hopen er het beste van.