Mikä vaikuttaa akun kapasiteettiin?

Kylmänä talvina, kun käytämme puhelimia ulkona, huomaamme että akun kesto on lyhyempi kuin kesällä; nopeasti ladattavat akut loppuvat nopeammin kuin hitaasti ladattavat akut. Mikä siis vaikuttaa akun kapasiteettiin?

1. Lämpötila

Lämpötilalla on merkittävä vaikutus akun kapasiteettiin. Kun lämpötila nousee, akun kapasiteetti kasvaa. Ensinnäkin nouseva lämpötila nopeuttaa akun sisällä tapahtuvia kemiallisia reaktioita, ja litiumionit liikkuvat nopeammin, jolloin käytettävissä oleva kapasiteetti kasvaa.

Toiseksi matalassa lämpötilassa elektrolyytti muuttuu viskoisammaksi, litiumionien johtavuus heikkenee, ja ohminen, konsentraatio- ja elektrokemiallinen polarisoituminen pahenevat, mikä haittaa litiumionien upottamista.

Lisäksi positiivisen ja negatiivisen elektrodin materiaalien hilat kutistuvat alhaisissa lämpötiloissa, ja litiumionien upottamis- ja poistamiskanavat kapenevat, mikä vaatii enemmän energiaa reaktion saattamiseksi loppuun, jolloin syntyy elektrokemiallista polarisaatiota. Alhaiset lämpötilat hidastavat varauksen siirtymisnopeutta elektrodin pinnalla, aivan kuin renkaat olisivat jäisellä tiellä, ja ionit kertyvät rajapintaan muodostaen konsentraatiopolarisaation.

2. Purkunopeus

Kun akun purkunopeus laskee, myös akun kapasiteetti kasvaa.

Alhaisilla purkunopeuksilla (esimerkiksi 0,2C) litiumioneilla on enemmän aikaa irrota positiivisista ja negatiivisista elektrodimateriaaleista, mikä vähentää polarisaatiotappioita. Korkeilla purkunopeuksilla (esimerkiksi 1C) litiumionit liikkuvat liian nopeasti, mikä estää osan aktiivisista aineista reagoimasta nopeasti, jolloin kapasiteetin hyödyntäminen vähenee.

Alhainen purkautumisnopeus on kuin hammaspastaputkea puristettaisiin kovalla voimalla, kunnes se on lähes tyhjä, mutta jos sitä puristetaan hitaammin, sitä voidaan edelleen käyttää jonkin aikaa.

3. Latausnopeus

Hidas lataus vähentää akun sisäistä polarisaatiota. Mitä alhaisempi latausvirta, sitä täydellisemmin litium-ionit leviävät elektrodimateriaalin läpi, mikä minimoi energiahäviöt. Yksinkertaisesti ilmaistuna, hitaan latauksen ansiosta akku saadaan täyteen varaukseen asti, jolloin se pystyy toimittamaan enemmän tehoa.