Lituumpatterin elinajan salaisuus avattuna: kuinka monta vuotta se kestää yleensä?

Mitä vaikuttaa liitiumakun kestoon?

Nykyään moderneja sähköratkaisuja riippuu suuresti edistyneistä akkutekniikoista, ja litiumperustaiset järjestelmät johtavat markkinoilla. Kun tarkastellaan näiden energialaitteiden toimintaelinajaa, se on yleensä 2-15 vuoden välillä. Tämä elinajan kestö vaikuttavat useat tekniset parametrit. Kemiallinen rakenne on perustavanlaatuinen. Esimerkiksi litiumferrofosfaatti (LiFePO4) solut ovat yleensä pidempia kestäviä kuin perinteiset li-ion-solut. Kiertokestävyyden osalta ne voivat kestää 30-50% enemmän kuin vastineensa. Lisäksi ympäristöolosuhteet vaikuttavat merkittävästi. Jos litiumakku altistetaan jatkuvasti lämpötiloille yli 35°C (95°F), sen kapasiteettien heikkeneminen voi kiihdyttää jopa 25% vuodessa verrattuna optimaaliseen toiminta-alueeseen 20-25°C (68-77°F).

Latauskäytännöiden optimointi suurimmalle kestolle

Tehokkaiden parametrien vaikutuksen lisäksi akun elinajan kehittämisessä ladattavien hallintastrategioita on ratkaiseva tekijä liitännäisen sähkökemiallisten vakauden säilyttämisessä liitapattereissa. Suositeltavaa on pitää lataustasoja 20-80 %:n välillä sen sijaan, että käytettäisiin täysiä 0-100 % -kiertoja. Tämä johtuu siitä, että se vähentää kathodimateriaalien ruudukon stressiä ja sillä voi olla potentiaali tuplata kiertojen lukumäärä. Nykyään edistykselliset akuhallintajärjestelmät (BMS) ovat tehneet huomattavia edistysaskeleita. Nyt ne toteuttavat sopeutuvia latausalgoritmeja, jotka pystyvät säätämään virta-aikaa lämpötilalukujen ja käyttömallien mukaan. Toinen tärkeä näkökohta on, että osittaiset purkusaajat ovat vähemmän haitallisia akulle kuin syväpurkusaajat. Tutkimus osoittaa, että kun akku kokee 30-50 %:n purkotason (DoD) saajat, se voi tuottaa 2-3 kertaa enemmän kokonaisenergiaa elinkaudestaan verrattuna tilanteeseen, jossa se kohtelee 80-100 %:n DoD-käyttöä.

Sovelluskohtaiset suorituskykyhuomiot

Vaikka latauskäytännöt ovat tärkeitä akkujen kestoon, myös käyttötarkoituksen vaatimukset vaikuttavat merkittävästi liitettujen akkujen käytettävään palveluikuntaan. Erilaiset sovellukset vaikuttavat eri tavoin akun elinajan kestoon. Esimerkiksi aurinkoenergian varastointijärjestelmät ovat tyypillisesti käytössä 8–12 vuotta. Tämä johtuu pääasiassa niiden hallitusta lataus- ja purkumäärästä sekä suhteellisesti vakinaisista lämpötilaympäristöistä, joissa ne toimivat. Toisaalta sähköajoneuvojen virtapiirit kohtaavat haastavampia vaatimuksia. Useimmat valmistajat takaa, että heidän virtapiirit säilyttävät vähintään 70 % kapasiteetistaan 8 vuoden tai 160 000 kilometrin käytön jälkeen. Teollisuuden laitteiden akkuja, jotka käytetään raskaiden koneiden sovelluksissa, vaaditaan erityisiä korkeakertoisten variantteja. Nämä sisältävät usein nikkelimagneesi-kobolti (NMC) -yhdisteitä, jotka voivat tasapainottaa energiatihennystä ja samalla tarjota kykyä selviytyä yli 3 000 kiertoon korkean kuorman alla.

Korjausprotokollat pidennetyn käyttöeloon

Erilaisten tekijöiden vaikutuksen huomioon ottaen liitettävien litiumakkujen elinajan eri sovelluksissa, ennakoiva huolto voi pelata avainaseman kalenteriikäisen ikääntymisen vaikutusten lieventämisessä. Neljännesvuotuiset kapasiteettitestit ovat hyödyllinen käytäntö, koska ne auttavat tunnistamaan varhaiset merkit akun heikkenemisen piirteistä. Lisäksi impedanssispektrometria voi paljastaa kehittyvät sisäiset vastusongelmat. Tallennuksen osalta on olemassa suosituksia. Epäaktiivisten aikojen ajan suositellaan pitämään akkua 40-60 % lataussa ja tallentamaan sen ilmastointia kontrolloidussa ympäristössä alle 25°C (77°F). Lisäksi nyt on saatavilla uusia älykkäitä seurantajärjestelmiä. Nämä järjestelmät voivat seurata kumulatiivisia stressitekijöitä, kuten lämpötilahistoriaa ja lataus/palautusintensiiteettiä, ja kykenevät ennustamaan akun jäljellä olevan käyttökelpoisuusaikansa yli 90 %:n tarkkuudella kaupallisia sovelluksia varten.

Yleiset väärät käsitykset akun ikääntymisestä

Vaikka akkujen hengissä pysymisen vaikutteista on huollettava ja ne ymmärretään, on akkujen ikemisestä silti joitakin yleisiä väärinkäsityksiä. Monien uskomien vastaisesti säännölliset täydelliset latauskytkimet eivät välttämättä vahingoita moderneja liitiumjärjestelmiä. Ne kuitenkin tulisi rajoittaa kalibrointitarkoituksiin. Nopea lataus on kehittynyt huomattavasti. Nykyään se vähentää elektroduiden kuljetta pulssilatauksen ja edistyneiden lämpötilanhallintatekniikoiden avulla. Vaikka fyysinen kasvu on epäonnistumisen merkki kuluttajatasolla olevissa soluissa, teollisuusakkuja suunnitellaan eri tavalla. Niihin usein sisältyy laajentumisperuskirjoja, jotka mahdollistavat niiden säilyttämisen turvallisuudessa ja suorituskyvyssä ilman että kasvu aiheuttaa vaurioita.

Tulevaisuuden kehitykset akkujen kestoon

Vaikka litiumakkujen elinkaaren ymmärrys ja hallinta ovat kehittyneet, on edelleen parannusmahdollisuuksia ja tulevaisuudelta näyttää lupaavalta. Aineistotieteessä odotetaan räikeitä läpimurtoja, jotka tuovat huomattavia parannuksia akkujen kestoon. Esimerkiksi silikoni-anodiiniprototyypit ovat osoittaneet 40 % paremman kapasiteettisäilymisen 1 000 kierroksen jälkeen. Kiinteän tilan elektrolyytteihin liittyvät tutkimukset pyrkivät ratkaisemaan dendriittienvalmistumisen aiheuttaman ongelman, mikä tällä hetkellä rajoittaa akkujen ultra-nopeita latausmahdollisuuksia. Valmistajat kehittevät myös itseparantavia katodestruktuureja. Nämä rakenteet pystyvät korjaamaan mikrokilpiä levottomina aikoina, ja ne voivat laajentaa paikallisen energitalteen käyttöelämää yli 20 vuoteen.