¿Qué es el almacenamiento en frío?

Me hicieron esta pregunta en una feria comercial el año pasado. Un empleado de un integrador europeo de ESS quería saber por qué su proveedor cobraba más por la "logística de la cadena de frío". Pensó que era una estafa. No lo fue.

Las celdas de litio se degradan cuando se colocan en un estante. Cuanto más caliente esté el almacén, más rápido perderán capacidad. Este no es un efecto pequeño. He visto datos de pruebas de un fabricante de celdas que muestran una pérdida de capacidad del 2 al 3% durante seis meses a 35 grados frente a tal vez medio por ciento a 20 grados. Las celdas ni siquiera estaban siendo utilizadas. Simplemente sentado ahí.

El almacenamiento en frío es exactamente lo que parece. Las celdas se colocan en un almacén con temperatura-controlada, se mantienen entre 15 y 25 grados y se controla la humedad. Las reacciones secundarias dentro de la célula se ralentizan. La capa SEI crece más lentamente. Se pierde menos litio.

Después del verano de 2022, nadie en China discute si el almacenamiento en frío es importante. El este de China alcanzó los 40 grados durante semanas. Escuché de alguien en un fabricante de empaques de Jiangsu que un par de proveedores de celdas tuvieron que cancelar el inventario porque las celdas salieron del almacenamiento con una capacidad notablemente menor que la especificada. No puedo decir si esa historia es exagerada, pero el momento coincide con el momento en que las actualizaciones de almacenamiento en frío comenzaron a aparecer en los planes de gasto de capital de todos.

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No se pueden simplemente guardar celdas en cámaras frigoríficas con cualquier estado de carga. La carga completa es mala para el cátodo. A la estructura de óxido en capas en NMC con alto contenido de níquel-no le gusta permanecer a 4,2 V durante meses. Algo sobre cambios de fase irreversibles. No soy un científico de materiales, así que no pretendo entender completamente el mecanismo, pero el resultado es una pérdida de capacidad mensurable.

Las celdas vacías son peores. Si el voltaje cae demasiado, el colector de corriente de cobre comienza a disolverse. Vuelve a cargar la celda y el cobre se deposita en algún lugar donde no debería. La resistencia interna aumenta. A veces la célula simplemente falla por completo.

El punto óptimo está entre el 30% y el 50% de SOC. Aparentemente, BYD requiere un 40% más o menos un 5% para que las celdas Blade se almacenen. No he visto el documento real, pero varias personas han mencionado este número. LFP es complicado porque la curva de voltaje es muy plana. Es difícil saber exactamente en qué SOC se encuentra simplemente midiendo el voltaje. Algunos fabricantes realizan un ciclo de carga-descarga completa antes del almacenamiento solo para calibrar.

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LFP maneja el frío mejor que el ternario. Gotion enumera la temperatura de almacenamiento hasta 20 grados negativos en su hoja de datos. Los NCA y NCM con alto contenido de níquel son más exigentes. Las celdas Samsung SDI NCA quieren entre 15 y 25 grados si recuerdo la especificación correctamente. Si baja de 10 grados, el electrolito se vuelve demasiado viscoso. Aparentemente afecta la calidad de la formación.

SVOLT tiene requisitos aún más estrictos para sus-células de hoja corta. Algo alrededor de 18-23 grados con solo 2 grados de tolerancia en cualquier sentido. No es fácil de mantener durante todo el año-en el sur de China, donde las temperaturas exteriores en verano alcanzan los 40ºC. Los compresores funcionan sin parar. Las facturas de electricidad se ponen feas. Un operador de almacén con el que hablé dijo que su factura de electricidad de julio superaba los 100.000 RMB y que eso se consideraba normal para una instalación de tamaño mediano.

Algunos fabricantes relajan silenciosamente el límite superior a 28 grados durante el pico del verano. Luego ejecutan una pantalla OCV adicional antes del envío para detectar las células que se degradaron demasiado. No es ideal, pero la economía es la que es.

Mueva una celda fría a una habitación cálida y el agua se condensa en la superficie. Todo el mundo lo sabe. Lo que no todo el mundo se da cuenta es lo mucho que esto importa para las células de la bolsa. El agua sobre la película laminada de aluminio no es sólo una cuestión cosmética. Se mete en las soldaduras de pestaña. Provoca oxidación. En los casos más graves, la humedad se abre paso a través del sellado térmico y reacciona con el electrolito.

La forma adecuada de manejar esto es una zona de amortiguamiento. Las células permanecen en una sala de temperatura intermedia durante cuatro a seis horas antes de trasladarse al piso de producción. Las temperaturas se igualan gradualmente. Sin condensación.

Las operaciones más pequeñas omiten este paso. Visité un taller de ensamblaje de paquetes donde estaban sacando células directamente de un refrigerador de 5 grados a un taller de 30 grados. Mediados de agosto. Cada superficie celular estaba mojada. El gerente de producción admitió que su tasa de rechazo de soldadura de módulos era alta ese mes. Culpó al equipo de soldadura. Yo tenía mi propia teoría.

Seis meses es el límite común. Después de eso necesitas volver a realizar la prueba. OCV, IR, capacidad, toda la suite. Las células que fallan se degradan o se descartan. EVE supuestamente requiere que las células almacenadas más de nueve meses regresen a la fábrica para su re-clasificación. No lo he confirmado directamente pero vino de alguien que lo sabría.

Esto se convirtió en un verdadero dolor de cabeza cuando el mercado de ESS se desaceleró a fines de 2023. Los integradores tenían inventarios que no podían mover. Los proyectos seguían retrasándose. Cuando finalmente se cerraron los acuerdos, las células habían excedido su ventana de almacenamiento. Esto indica meses de discusiones entre integradores y proveedores de células sobre de quién era el problema. Los contratos de compra ahora suelen incluir cláusulas que exigen que las células se fabriquen dentro de los 60 o 90 días posteriores a la entrega. Lección aprendida.

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Los rociadores estándar de almacén no funcionan bien en incendios de baterías de litio. El agua que golpea una celda en fuga térmica puede empeorar las cosas. Genera hidrógeno. Los sistemas preferidos ahora son la perfluorohexanona o la fina niebla de agua, pero una configuración de perfluorohexanona cuesta millones de RMB. Muchos almacenes no pueden justificar ese gasto.

El seguro se ha convertido en la mayor limitación. CPIC y Ping An aumentaron las tarifas de almacenamiento de baterías de litio a partir de 2024 aproximadamente. Según he oído, de tres a cuatro veces lo que paga un almacén normal. Algunas aseguradoras no tocarán estos proyectos en absoluto. Sin cobertura de seguro, buena suerte para conseguir financiación bancaria. Todo lo que ocurre aguas abajo se atasca.

Las celdas necesitan controles periódicos de voltaje mientras están almacenadas. La autodescarga normal-es de unos pocos milivoltios por mes. Si ve que una celda cae 15 mV o más, probablemente algo esté mal internamente. Lo más probable es que se produzca un microcortocircuito. Sáquelo y trátelo por separado.

Los clientes europeos quieren ver registros de temperatura durante todo el período de almacenamiento. Algunos almacenes adjuntan registradores de datos a cada palé que viaja con el envío. El cliente extrae los datos al recibirlos. Una excursión fuera-de-especificaciones en ese registro y es posible que rechacen todo el lote. Le pasó a un transportista que conozco. Contenedor de cuarenta-pies volteado en el puerto.

FIFO debería ser simple. Primero en entrar, primero en salir. En la práctica, los conductores de carretillas elevadoras agarran el palé que les resulta más fácil alcanzar. Las cosas en la parte trasera del estante permanecen allí durante meses hasta que alguien se da cuenta. Los sistemas MES ayudan si los tiene. Muchos almacenes todavía funcionan con hojas de cálculo y esperan lo mejor.