SoC დიაპაზონის ოპტიმიზაცია ელექტროქიმიური დაძაბულობის შესამსუბუქებლად

Ლითიუმის ბატარეების ჯანმრთელობის შენარჩუნება დროთა განმავლობაში ნიშნავს მათი სწორად დამუხტვის მართვას. როდესაც ვცდილობთ, დავამუხტოთ 20%-დან 80%-მდე, არა იმის ნაცვლად, რომ დავუშვათ სრული ცარიელიდან სრულად დამუხტვა, ელექტროდები შიდა მხარედ განიცდიან დატვირთვის დაახლოებით 58%-ით ნაკლებს, რაც დადგენილია Electrochemical Society-ის 2023 წლის კვლევით. ამ შუალედური სტრატეგიის გამოყენება ხელს უწყობს ლითიუმის პლატირების ანოდზე და კათოდის მასალაში cracks-ის წარმოქმნის თავიდან აცილებას, რაც ძირეული მიზეზია იმისა, რომ ბატარეები დროთა განმავლობაში იცვლებიან. ავიღოთ სმარტფონები როგორც რეალური მაგალითი. ის მოწყობილობები, რომლებიც 80%-თან დამუხტვის შემდეგ შეწყვეტენ დამუხტვას, შეინახავენ თავისი საწყისი ტევადობის დაახლოებით 92%-ს, მაშინაც კი, თუ გადიან 500 სრულ დამუხტვის ციკლზე. შედარებისათვის, ის ტელეფონები, რომლებიც ყოველთვის სრულად იმუხტებიან, იმავე ციკლების რაოდენობის შემდეგ ინახავენ მხოლოდ თავისი საწყისი ტევადობის 78%-ს.

Რატომ ამცირებს 20%–80% SoC სარკინიკის დეგრადაციას და ამაქსიმალებს ლითიუმის ბატარეის ციკლურ სიცოცხლეს

Მაღალი ან დაბალი მუდმივი მუხტის მდგომარეობები აჩქარებს ქიმიურ ცვეთას:

• 90%-ზე მეტი SoC : ელექტროლიტის ოქსიდაცია იწვევს თვიური დატვირთვის დაკარგვას დაახლოებით ~1,2%
• 15%-ზე ნაკლები SoC : ანოდის გახსნა იწვევს თვიურ დეგრადაციას დაახლოებით ~0,8%

Მიშიგანის უნივერსიტეტის 2023 წლის კვლევამ დაადასტურა, რომ ნაწილობრივი დამუშავების სტრატეგია ოთხჯერ ამატებს ციკლურ სიცოცხლეს ღრმა დატვირთვის შედარებით.

Დატვირთვის სიღრმის (DoD) გავლენა: 300 ციკლიდან 100% DoD-ზე 1,200-ზე მეტამდე 30% DoD-ზე

Მოკლე დატვირთვები მკვეთრად აგრძელებს სასარგებლო სიცოცხლეს:

Განმუშტვის სიღრმის შეზღუდვა 30%-მდე შეამსუბუქებს სტრუქტურულ დაძაბულობას და საშუალებას აძლევს 1,200-ზე მეტი ციკლის გაკეთებას 90%-ზე მეტი ტევადობის შენარჩუნებით – საჭირო პირობა ელექტრომობილებისა და ენერგიის შენახვის სისტემების მსგავს გამოყენებისთვის.

Კონტროლირებადი ტემპერატურის გავლენა თერმული აღუმავლობის პრევენციისთვის

Თბოგანადგურება: როგორ შემცირდება ლითიუმ-იონური აკუმულატორის ციკლური სიცოცხლე ~50%-ით ყოველ 10°C-ით 25°C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე

Როდესაც ტემპერატურა ზედმეტად მაღალი ხდება, ლითიუმის ბატარეებში გაჩნდება ქიმიური რეაქციები, რომლებიც დროთა განმავლობაში მუდმივ ზიანს აყენებს. კვლევები აჩვენებს, რომ თუ ტემპერატურა სტანდარტული 25°C-ს მხოლოდ 10 გრადუსით აღემატება, ბატარეის დაძველება ხდება დაახლოებით ორჯერ უფრო სწრაფად, რაც საერთო მოძრაობის ციკლების შემცირებას ნიშნავს. მაგალითად, წარმოიდგინეთ ბატარეა, რომელიც 1,000 ციკლისთვისაა შექმნილი — თუ ის 35°C-ის გარშემო იქნება სამუშაო რეჟიმში, შესაძლოა მხოლოდ 500 ციკლამდე მიაღწიოს, სანამ მნიშვნელოვნად დაკარგავს სიმძლავრეს. რის გამო? სითბო აშლის ელექტროლიტურ ხსნარს, იწვევს დამცავი SEI ფენის გასისქებას და კათოდში არსებული ლითონების სისტემაში გამოლევას. მაშინაც კი, როდესაც ბატარეები აქტიურად არ გამოიყენება, მათი ზედმეტად თბილი გარემოში შენახვა მაინც მკვეთრად აჩქარებს მათ დეგრადაციის სიჩქარეს. ლითიუმის ბატარეებისთვის 30°C-ზე დაბალი ტემპერატურის მოთავსება საკმაოდ მნიშვნელოვანია, რათა მაქსიმალურად გამოვიყენოთ მათი სიმძლავრე რეალურ პირობებში, სადაც მაღალი შესრულება ყველაზე მნიშვნელოვანია.

Ცივი მუშაობის დროს დატენვის რისკები: ლითიუმის დაფარვა და მუდმივი ტევადობის კარგვა 0°C-ზე დაბალ ტემპერატურაზე

Როდესაც ლითიუმის ბატარეებს ყინულის პირობებში იკვებებენ, ლითიუმის იონებთან რაღაც ცუდი ხდება. ისინი ანოდის მასალაში გადაადგილების ნაცვლად, სადაც უნდა მოხვდნენ, ზედაპირზე ლითიუმის კრისტალების სახით იწყებენ დაგროვებას. ამ მთელ პროცესს "ლითიუმის პლატინგი" ეწოდება. მდგომარეობას კიდევ უფრო უარესი ხდის ის, რომ ეს ეფექტი, ერთხელ დაწყების შემდეგ, ძირეულად მუდმივ ზიანს უწყობს ბატარეას. თითოეული ასეთი შემთხვევის შედეგად ბატარეის ტევადობა 5%-დან 20%-მდე ეცემა, ხოლო ეს კრისტალური ფორმაციები ბატარეის შიგნით ხის ტოტების მსგავსად იზრდება, რაც საშიში მოკლე ჩართვების მიზეზი შეიძლება გახდეს. ნულის ქვეშ ტემპერატურებზე ყველაფერი ნამდვილად რთულდება, რადგან იონები უკვე თითქმის აღარ მოძრაობენ. ბატარეის შიდა წინაღობა მნიშვნელოვნად იზრდება, ზოგჯერ სამჯერ იმატებს ჩვეულებრივი მნიშვნელობის შედარებით, რაც იწვევს მოწყენილ ძაბვის მომატებას მუხტვის დროს. კვლევები აჩვენებს, რომ თუ ბატარეა მინუს ათ გრადუს ცელსიუსზე მხოლოდ ათჯერ მუხტავს, ის იმდენივე ცვეთას განიცდის, რამდენსაც ოთახის ტემპერატურაზე ასი ციკლის გავლისას. ამ ყველა პრობლემის თავიდან ასაცილებლად უმეტესი ექსპერტი არგირებს ბატარეების მუხტვამდე მინიმუმ ხუთ გრადუს ცელსიუსამდე გათბობას. ეს მარტივი ნაბიჯი დახმარებას აძლევს ბატარეის სიცოცხლის ხანგრძლივობის შენარჩუნებაში, მკაცრი ზამთრის პირობების მიუხედავად, რომლებსაც ბევრი ადამიანი განიცდის.

Გამოიყენეთ ინტელექტუალური აკუმულატორის მართვის სისტემები პროაქტიული დაცვისთვის

Ბატარეის მართვის სისტემები (BMS) ლითიუმის ბატარეების ტვინს წარმოადგენს, რომელიც უწყვეტად ზომავს ძაბვის დონეს, დენის მიმდინარეობას, ტემპერატურის ცვლილებებს და დატვირთვის დონეს. ეს სისტემები ზრუნავს იმაზე, რომ ბატარეები სწრაფად არ იცვიოდეს. როდესაც ძაბვა ან ტემპერატურა ზედმეტად იმატებს, ისინი ავტომატურად აبطყობენ დამუხტვის სიჩქარეს ან სრულიად გამორთავენ ენერგიას დაზიანების თავიდან ასაცილებლად. კარგი BMS ასევე უზრუნველყოფს იმას, რომ ბატარეები სრულად არ გამუდმდეს, რადგან ეს მნიშვნელოვნად შეიძლება შეამციროს მათი სიცოცხლის ხანგრძლივობა — ზოგჯერ მისი სამი მეოთხედით შემცირებას იწვევს ნახევრად გამუდმებასთან შედარებით. ტემპერატურის კონტროლი კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მახასიათებელია, რადგან უკვე 10 გრადუსით მაღალი ტემპერატურა ოთახის ტემპერატურასთან შედარებით თითქმის ნახევრად შეიძლება შეამციროს ბატარეის სიცოცხლის ხანგრძლივობა. ზოგიერთ ახალ მოდელზე არის სმარტ პროგრამული უზრუნველყოფა, რომელიც უცებ ამჩნევს უჯრედებს შორის პრობლემებს, სანამ ისინი მნიშვნელოვან პრობლემებად არ იქცევიან, შემდეგ კი გადაანაწილებს ენერგიას ბალანსის შესანარჩუნებლად და იმისთვის, რომ ზოგიერთი ადგილი სწრაფად არ დამუშავდეს სხვებთან შედარებით. ყველა ეს დაცვა ერთად აგრძელებს ლითიუმის ბატარეების სიცოცხლის ხანგრძლივობას და მნიშვნელოვნად ამცირებს საშიშ გამართვებს, როგორიცაა თერმული გაუმკლავებლობა, რომლის შესახებაც ხანდახან სიახლეებში გვესმის.

Გამოიყენეთ სწორი შენახვის და მოვლის პრაქტიკები გრძელვადიანი სტაბილურობისთვის

Იდეალური შენახვა 40%-60% SoC-ზე ცივ, სუფთა პირობებში: კალენდარული აღფრთოვანების შემცირება 70%-ით

Ლითიუმის ბატარეები ბევრად გრძელდება, როცა ინახება შესაბამის პირობებში, რადგან ეს ხელს უწყობს კალენდარული დაძველების თავიდან აცილებას, რაც ძირეულად ნიშნავს მათ დატვირთულობის დაკარგვას გამოყენების გარეშე დატოვების შედეგად. მათი დატენვა 40%-დან 60%-მდე დიაპაზონში ნაკლებ დატვირთვას უზრუნველყოფს შიდა კომპონენტებზე, ხოლო მათი შენახვა ცივ ადგილას, ოპტიმალურად 15-25 გრადუს ცელსიუსზე, ა замეტებს ქიმიური რეაქციების სიჩქარეს, რომლებიც დროთა განმავლობაში იღლებენ შიდა სტრუქტურას. ასევე არ უნდა იყოს ზედმეტად სველი ჰაერი, 50%-ზე ნაკლები ტენიანობა უმჯობესია, რადგან ტენი შეიძლება გამოიწვიოს კოროზია ან თუნდაც ელემენტიდან დატეკვა. ამ რეკომენდაციების დაცვა ნამდვილად აქვს მნიშვნელობა, რადგან შეიძლება შეამციროს წლიური დატვირთულობის დაკარგვა 70%-ით მეტი ცხელ პირობებში (დაახლოებით 35 გრადუს ცელსიუსზე) სრულად დატენილი ბატარეების შედარებით. ვინც გრძელვადიანად აპირებს ბატარეების შენახვას, უნდა შეამოწმოს მათი ძაბვა დროდადრო, რათა დარწმუნდეს, რომ ისინი რჩებიან ამ იდეალურ დიაპაზონში. ეს მარტივი ნაბიჯი თავიდან აცილებს მათ დაზიანებას იმით, რომ გამოიწვევს სრულ გამონადენს თვეების ან წლების განმავლობაში გამოყენების გარეშე.

Თავიდან აიცილეთ მაღალი სიჩქარის და ზედმეტი დამუშავების პირობები, რომლებიც დეგრადაციას აჩქარებენ

Სწრაფი დამუხტვის კომპრომისები: 20–30% ლითიუმ-იონური აკუმულატორის ციკლური სიცოცხლის შემცირება 2C-ზე სტანდარტული 0.5C დამუხტვის მიმართ

Როდესაც სწრაფი მუხტვის და დამუხტვის ციკლებზე ვსაუბრობთ, ლითიუმ-იონური ელემენტები ელექტროქიმიური თვალსაზრისით ნამდვილად მძიმე დატვირთვას განიცდიან. 2C სიჩქარით მუხტვა ნიშნავს ბატარეის ნახევარ საათში სრულად დამუხტვას, მაგრამ ეს თავისი ღირებულებით გადაიხდევა. კვლევები აჩვენებს, რომ ასეთი პირობების ქვეშ მყოფი ბატარეები მათზე გაცილებით მოკლე ხანს გამოიყენებენ — დაახლოებით 70-დან 80%-მდე ნაკლებს, ვიდრე სტანდარტული 0.5C სიჩქარით მუხტვის შემთხვევაში. ამ დეგრადაციის მიზეზი მდგომარეობს იმაში, რაც ელემენტის შიგნით ხდება ამ სწრაფი პროცესების დროს. სწრაფად მოძრავი იონები იწვევენ ელექტროლიტის გაცილებით სწრაფ დაშლას, ასევე აჩქარებენ SEI ფენის წარმოქმნას ელექტროდებზე, რაც დროთა განმავლობაში მთლიანად ამცირებს სიმძლავრეს. და არ დავივიწყოთ ზედმეტი მუხტვის შესახებაც. ეს პრაქტიკა ბატარეაში იწვევს სხვადასხვა ზიანსემომგვრელ ქიმიურ რეაქციებს, რომლებმაც შეიძლება ბატარეის შიდა კომპონენტები სერიოზულად დაზიანდეს და მისი სასარგებლო სიცოცხლის ხანგრძლივობა მნიშვნელოვნად შემცირდეს.

• Თერმული გადახურების რისკი : ზედმეტი ძაბვა იწვევს თბოგამოყოფას (>60°C), რაც აჩქარებს კათოდის დეგრადაციას
• Ლითიუმის პლატინგი : ლითიუმის მეტალის ნალექები ანოდებზე 0°C-ზე დაბალ ტემპერატურაზე წარმოიქმნება მუხტის დროს, რაც იწვევს უბრუნვად ტევადობის დაკარგვას
• Სტრუქტურული დაზიანება : ზედმეტად მუხტვა გრაფიტის ანოდებს გადაჭარბებულ ზღვარს აღწევინებს, რაც ელექტროდული მასალების დაზიანებას იწვევს

Ოპტიმალური მუხტვის პროტოკოლები სიჩქარეს და სიმძლავრეს აწონასწორებს. ლითიუმის აკუმულატორების ციკლური სიცოცხლის მაქსიმიზაციისთვის შეიძლება შეზღუდული იყოს მუხტვა ‹1C-მდე და გამოყენებული იქნეს ინტელექტუალური მუხტვის მოწყობილობები, რომლებიც მუხტვას შეწყვეტენ 100%-ზე. მაღალი დატვირთვის აპლიკაციებს (მაგ., ელექტროინსტრუმენტებს) სარგებლობს თერმული მართვის სისტემები, რომლებიც სწრაფი ციკლირების დროს დეგრადაციის წინააღმდეგ ბრძოლაში ეხმარება

Ხშირად დასმული კითხვები (FAQ)

Რა არის ლითიუმის აკუმულატორებისთვის ოპტიმალური მუხტის მდგომარეობის (SoC) დიაპაზონი?

Ლითიუმის აკუმულატორებისთვის ოპტიმალური SoC დიაპაზონი 20%-დან 80%-მდე შედგება, რადგან ეს მინიმუმამდე ამცირებს ელექტროქიმიურ სტრესს და აგრძელებს აკუმულატორის სიცოცხლეს

Როგორ ახდენს ტემპერატურა ლითიუმ-იონური აკუმულატორის ციკლური სიცოცხლის გავლენას?

25°C-ის სტანდარტული სამუშაო ტემპერატურის ზემოთ 10°C-ით გაზრდა შეიძლება ლითიუმის ბატარეის ციკლურ სიცოცხლე დაახლოებით 50%-ით შეამციროს, ხოლო ყინვის პირობებში ექსპლუატაცია შეიძლება გამოიწვიოს ლითიუმის ლამინირება და მუდმივი ტევადობის დაკარგვა.

Რა არის ლითიუმის ლამინირება?

Ლითიუმის ლამინირება ხდება მაშინ, როდესაც ლითიუმის იონები ყინვის ტემპერატურაზე მუშაობის დროს ბატარეის ანოდის ზედაპირზე ლითიუმის კრისტალების სახით იკრივება, რაც იწვევს უბრუნვად ტევადობის დაკარგვას.

Როგორ იცავს ბატარეის მართვის სისტემა (BMS) ლითიუმის ბატარეებს?

BMS იცავს ლითიუმის ბატარეებს ძაბვის, დენის, ტემპერატურის და მუხტის დონის მონიტორინგით და ავტომატურად აკორექტირებს მუხტის სიჩქარეს ან თიშავს ძაბვას ზიანის თავიდან ასაცილებლად.