Punca kemerosotan bateri

Artikel RujukanMajalah PV

Di tengah-tengah kepelbagaian bateri yang luas, setiap jenis sel dan sub-spesies peranti mempunyai kerentanan unik terhadap degradasi, dipengaruhi oleh penggunaan dan faktor lain. Sesetengah sel berkembang maju pada suhu rendah, yang lain cemerlang pada arus tinggi. Pengkhususan sedemikian, bagaimanapun, selalunya memerlukan kos.

Penuaan bateri sama ada berkaitan dengan masa (dalam kes penuaan kalendar atau "kalender") atau penggunaan, dengan pengecasan dan nyahcas mewakili penuaan "kitaran".

Kedua-dua bentuk penuaan menyumbang kepada kapasiti dan kecekapan pudar dan meningkatkan rintangan dalaman apabila ion terperangkap dalam tindak balas sampingan yang tidak menyenangkan untuk kebaikan. Reaksi ini didorong oleh pelbagai "faktor yang mempengaruhi." Biasanya, ion bertindak balas secara tidak boleh balik dengan bahan lain dalam sel, membentuk sisa pasif dan menghalang penggunaannya untuk pengangkutan tenaga.

Faktor pengaruh biasa – yang kesannya berbeza mengikut jenis sel – termasuk suhu sel bateri; keadaan cas peranti (SOC); dan arus, atau kuasa, yang digunakan semasa mengecas dan menyahcas. Berkenaan keadaan cas – jumlah cas, atau tenaga, dalam bateri – SOC terbiar penting apabila bateri tidak digunakan dan tetingkap SOC (julat di mana kitaran berlaku) adalah relevan apabila peranti berbasikal.

Tekanan mekanikal, seperti getaran dan tekanan, merupakan satu lagi faktor yang mempengaruhi kemerosotan bateri tetapi kami akan menumpukan pada tiga faktor di atas buat masa ini.

Suhu

Suhu memainkan peranan penting dalam hayat bateri. Kebanyakan kimia sel mendapat manfaat daripada penyimpanan dan melahu pada suhu rendah, di bawah 20 C, kerana ia melambatkan penuaan kalendar dengan mengurangkan kemungkinan tindak balas sampingan. Melahu pada suhu yang lebih tinggi boleh meningkatkan kadar degradasi.

Sebaliknya, kebanyakan teknologi sel sangat sensitif terhadap operasi suhu rendah, menyebabkan dilema. Dengan lebih daripada 30 C hingga 40 C adalah kurang optimum, tempat yang menarik untuk operasi sel bateri adalah sekitar 15 C hingga 25 C, untuk kebanyakan kimia. Bateri berasaskan nikel-mangan-kobalt (NMC) yang lebih baru adalah sangat sensitif terhadap pengecasan suhu rendah dan kecacatan berbahaya boleh berlaku jika mengecas lebih rendah daripada 10 C. Dalam graf di sebelah kiri, menunjukkan tiga sel NMC berkualiti tinggi daripada jenis yang sama , kadar degradasi dipertingkatkan sedikit dengan mengurangkan suhu operasi sebanyak 10 C, daripada 25 C (garisan oren) kepada 15 C (garisan ungu). Melangkah lebih rendah 10 C (garisan biru), bagaimanapun, akan merosakkan bateri dengan serta-merta.

Penyaduran litium

Bateri litium-ion (li-ion) umumnya selamat tetapi dalam keadaan tertentu - dalam suhu sejuk, di bawah arus tinggi, atau dengan elektrod hos yang sudah diisi dengan baik - ia boleh mengalami penyaduran litium. Contoh di atas mempamerkan kesan penyaduran pada suhu rendah. Penyaduran ialah satu bentuk sisa yang berlaku apabila ion litium membentuk mendapan logam di dalam sel bateri. Dari masa ke masa, proses ini boleh terkumpul dan akhirnya membawa kepada litar pintas dalaman yang mungkin mencetuskan pelarian haba - pelepasan haba dan gas yang cepat dan berbahaya.

SOC

Keadaan pengecasan mempunyai kesan yang besar pada hayat bateri. Kedua-dua SOC terbiar, semasa tidak digunakan (yang melibatkan penuaan kalendar) dan julat atau tetingkap SOC semasa operasi (penuaan kitaran) penting. Contoh berikut menunjukkan dua sel NMC yang serupa.

Graf di bawah menunjukkan evolusi degradasi dua kes penggunaan yang hampir sama bagi sel NMC berkualiti tinggi.

Kedua-duanya hanya menggunakan kira-kira 50% daripada bateri, dan bekas penggunaan pertama (garisan biru) melakukannya di bahagian atas SOC, mula dicas sepenuhnya dan jatuh kepada 50% sebelum dicas sepenuhnya semula. Kes penggunaan kedua (dalam oren) bermula pada 50% dicas dan berakhir hampir kosong. Seperti yang ditunjukkan oleh graf, impak terhadap kemerosotan adalah luar biasa: bateri oren akan hidup dua kali hingga tiga kali lebih lama daripada bateri biru, mengurangkan jumlah kos pemilikan sebanyak lebih separuh.

Perlu ditekankan, bagaimanapun, ini adalah contoh jenis sel tertentu dan peranti serta sel lain mungkin berkelakuan berbeza sama sekali. Sebagai peraturan, mengelak SOC melebihi 90% dan di bawah 10% secara amnya memanjangkan hayat bateri, tetapi terdapat pengecualian.