Mennyi ideig tart valójában a lítium-akkumulátorok élettartama? A valóság feltárva

A lítiumion-akkumulátorok olyan akkumulátorok, amelyek negatív elektródájuk anyagaként lítiumfémeket vagy lítiumötvözeteket, illetve nem vízbázisú elektrolitoldatot használnak. A világ első lítiumfém-akkumulátorát Gilbert N. Lewis javasolta és vizsgálta 1912-ben. Az 1970-es években M.S. Whittingham javasolta és kezdte el kutatni a lítiumion-akkumulátorokat. A lítiumfém rendkívül reaktív kémiai tulajdonságai miatt feldolgozása, tárolása és alkalmazása nagyon szigorú környezeti feltételeket igényel. Ezért a lítiumion-akkumulátorok hosszú ideig nem terjedtek el széles körben. A tudományos és technológiai fejlődéssel ma már ezek az akkumulátorok váltak általánosan elterjedtté.

A lítium-akkumulátorokat általában két fő csoportba sorolják: lítiumfém-akkumulátorok és lítiumion-akkumulátorok. A lítiumion-akkumulátorok nem tartalmaznak fém lítiumot, és újratölthetők. Az ötödik generációs újratölthető akkumulátor, a lítiumfém-akkumulátor 1996-ban került kifejlesztésre. Ezek biztonságosságban, fajlagos kapacitásban, önkisülési rátában és ár-érték arányban felülmúlják a lítiumion-akkumulátorokat. Magas technológiai igényük miatt jelenleg csak néhány ország vállalatai gyártják a lítiumfém-akkumulátorokat.

A lítiumion-akkumulátorokat csak 500-szor lehet tölteni és kisütni?

A legtöbb fogyasztó valószínűleg hallott már arról, hogy a lítium-akkumulátorok élettartama „500 ciklus”, azaz 500 töltési-kisütési ciklus. Ezen túl az akkumulátort „kimerültnek” tekintik. Sokan megpróbálják meghosszabbítani az akkumulátor élettartamát úgy, hogy csak akkor töltik, amikor az teljesen lemerült. De vajon ez tényleg meghosszabbítja az akkumulátor élettartamát?

❌ A válasz nem. Egy lítiumakku élettartama „500 alkalommal” – ez nem a töltések számára utal, hanem egy teljes feltöltési és kisütési ciklusra.

A töltési ciklus azt jelenti, hogy az akkumulátor teljesen feltöltött állapotból teljesen lemerült állapotba kerül, majd ismét teljesen feltöltődik, ami nem ugyanaz, mint egyszer tölteni. Például, ha egy lítium-akkumulátort az első napon a kapacitás feléig használnak el, majd teljesen feltöltik, és ugyanezt megismétlik a második napon, ez csak egy töltési ciklusnak számít, nem kettőnek. Ezért általában több töltési folyamat szükséges egy ciklus befejezéséhez. Minden befejezett töltési ciklus után az akkumulátor kapacitása kissé csökken. Azonban ez a csökkenés nagyon kicsi; nagy minőségű akkumulátorok sok töltési ciklus után is megtartják eredeti kapacitásuk körülbelül 80%-át, és sok lítiumion-akkumulátorral működő termék két-három év elteltével is normálisan működik. Természetesen a lítiumion-akkumulátorokat élettartamuk végén mégis ki kell cserélni.

Az úgynevezett 500 ciklus azt jelenti, hogy a gyártó körülbelül 625 újratölthető ciklust ér el állandó kisütési mélységnél (például 80%), ami 500 töltési ciklusnak felel meg. (80% * 625 = 500) (figyelmen kívül hagyva olyan tényezőket, mint a lítiumion-akkumulátor kapacitásának csökkenése).

Azonban a mindennapi élet különféle tényezői miatt, különösen azért, mert a töltéskor a kisütési mélység nem állandó, az „500 töltési ciklus” csak referenciaérték lehet az akkumulátor élettartamához.

A helyes megfogalmazás az: egy lítiumion-akkumulátor élettartama kapcsolatban áll a végzett töltési ciklusok számával, de nincs közvetlen összefüggésben a töltések számával.

Egyszerűen fogalmazva például, ha egy lítiumakku első nap csak a felét használjuk ki kapacitásának, majd teljesen feltöltjük, és ugyanezt megismételjük a második napon, ez csak egy töltési ciklusnak számít, nem kettőnek. Ezért általában több töltési folyamat szükséges egy ciklus befejezéséhez. Minden egyes befejezett töltési ciklus után az akkumulátor kapacitása kissé csökken. Azonban ez a csökkenés nagyon kicsi; minőségi akkumulátorok sok töltési ciklus után is megtartják eredeti kapacitásuk 80%-át. Ez az oka annak, hogy sok lítiumion-akkumulátorral működő termék még két-három év után is normálisan működik. Természetesen a lítiumion-akkumulátorokat végül ki kell cserélni, amikor eléri élettartamuk végét.

Egy lítium-akku élettartama általában 300–500 töltési ciklus. Feltételezve, hogy egy teljes kisütés Q egységnyi elektromos energiát biztosít, és figyelmen kívül hagyva az egyes töltési ciklusok utáni kapacitás csökkenését, egy lítium-akku élettartama alatt összesen 300Q–500Q egységnyi elektromos energiát tud biztosítani vagy pótolni. Ezért, ha minden alkalommal a fél akkukapacitást használva töltünk, akkor 600–1000-szor lehet tölteni; ha minden alkalommal az akkukapacitás harmadát használjuk fel, akkor 900–1500-szer lehet tölteni. És így tovább. Ha véletlenszerűen töltünk, a töltések száma bizonytalan. Röviden, függetlenül attól, hogyan töltünk, az összes pótlható energia mennyisége állandó, 300Q–500Q. Ezért úgy is érthetjük, hogy egy lítium-akku élettartama az összes pótolható energia mennyiségétől függ, nem a töltési ciklusok számától. A mélykisütés/mélytöltés és a részkisütés/részleges töltés hatása lényegében azonos a lítium-akku élettartamára nézve.

Valójában a sekély kisütés és a sekély töltés előnyösebb a lítium-akkumulátorok számára. A mély kisütésre és mély töltésre csak akkor van szükség, amikor a termék teljesítménymodulja kalibrálja a lítium-akkumulátort. Ezért a lítium-akkumulátorral működő termékek esetében nem kell túl sokat foglalkozni a folyamattal; az elsődleges szempont a kényelem legyen. Töltheti őket bármikor, anélkül hogy aggódnia kellene a hasznos élettartamuk csökkenése miatt.

Ha a lítium-akkumulátorok olyan környezetben kerülnek használatra, amely meghaladja a megadott működési hőmérsékletet (35 °C felett), az akkumulátor kapacitása folyamatosan csökkenni fog, ami azt jelenti, hogy az áramellátás ideje rövidebb lesz a szokásosnál. Az ilyen hőmérsékleten történő töltés még nagyobb károkat okoz az akkumulátorban. Még az akkumulátorok viszonylag meleg környezetben történő tárolása is elkerülhetetlenül sérülést okoz minőségükben. Ezért a megfelelő működési hőmérséklet fenntartása jó módszer a lítium-akkumulátorok élettartamának meghosszabbítására.

Ha alacsony hőmérsékletű környezetben, azaz 4 °C alatt használja a lítium-akkumulátorokat, azt tapasztalhatja, hogy az akkumulátor élettartama csökken, sőt néhány eredeti lítium-telep mobiltelefonban alacsony hőmérsékleten egyáltalán nem is töltődik. Ne aggódjon azonban túlságosan, ez csak ideiglenes állapot. Ellentétben a magas hőmérsékletű környezetben történő használattal, amint a hőmérséklet emelkedik, az akkumulátor belsejében lévő molekulák felmelegednek, és azonnal visszanyerik korábbi kapacitásukat.

A lítiumion-akkumulátor teljesítményének maximalizálásához gyakran kell használni, hogy az akkumulátoron belüli elektronok folyamatosan mozogjanak. Ha nem használja gyakran a lítium-akkumulátorát, ne feledje havonta egyszer teljes feltöltési ciklust végrehajtani, és végezzen töltöttség-kalibrálást, azaz mélykisütést, majd mélytöltést.

A helyes kifejezés a „töltési-kisütési ciklus”, nem pedig a „töltések száma”. Egy ciklus alatt azt az időszakot értjük, amikor az akkumulátor teljesen feltöltött állapotból teljesen lemerült állapotba kerül. Ha az akkumulátort teljesen feltöltik, majd a kapacitásának egytizedét felhasználják, és ismét teljesen feltöltik, ez a ciklus egytizedét jelenti. Tízszer kell feltölteni és lemeríteni az akkumulátort, hogy egy teljes ciklust teljesítsen. Hasonlóképpen, ha teljes töltöttségből indulva az akkumulátor kapacitásának felét használják el, majd teljesen feltöltik, ezután ismét felét merítik le, és ismét teljesen feltöltik, az is egy ciklusnak számít – ebben az esetben kétszer töltöttek. Ezért egy ciklus kizárólag a „kisütött elektromos energia teljes mennyiségétől” függ, és nincs közvetlen összefüggése a „töltések számával”.

Továbbá ez a névleges töltési-kisütési ciklusszám nem azt jelenti, hogy az akkumulátor használhatatlanná válik, ha eléri a ciklusszám határát. Csak annyit jelent, hogy ennyi ciklus után az akkumulátor képessége az elektromos energia tárolására csökken egy meghatározott szintre.

Például egy adott lítiumakku névleges töltési-kisütési ciklusa azt jelenti, hogy "az 500. ciklus után kapacitása ne legyen kevesebb, mint a névleges érték 60%-a".

Más szóval, az akkumulátor az 500 ciklus után már csak körülbelül 60%-át képes tárolni az eredeti kapacitásának. Teljesítménye bizonyos mértékig csökkent. Ennyi az egész.

A lítiumakkuknak nincs meghatározott korlátozva a töltési ciklusok száma. A megbízható gyártók által készített akkumulátorok általában legalább 500 töltési-kisütési ciklust bírnak ki, miközben megtartják kezdeti kapacitásuk több mint 80%-át, ami azt jelenti, hogy két évig is kitart egyetlen töltéssel. Általában a mobiltelefon-akkumulátorok jelentős teljesítménycsökkenést mutatnak 1000 töltési ciklus után.

Mobiltelefon-akkumulátor karbantartási módszerek:

1. Csak akkor használja az akkumulátort, ha minden alkalommal teljesen feltöltött állapotban van, így csökkentve a töltési ciklusok számát és meghosszabbítva az akkumulátor élettartamát.
2. Nem szükséges teljesen lemeríteni az akkumulátort; általában akkor kell tölteni, amikor a töltöttségi szint 10% alá csökken.
3. Az eredeti töltőt használja töltéshez; ne használjon univerzális töltőt.
4. Ne használja a telefonját töltés közben.
5. Ne töltse túl; hagyja abba a töltést, amint az akkumulátor teljesen feltöltődött.

Igen, a kísérleti eredmények szerint a lítium-akkumulátorok élettartama csökken a töltési ciklusok számának növekedésével. Általában a lítium-akkumulátorok csak 2000–3000 töltési ciklust bírnak ki.

A ciklus a felhasználást jelenti. Akkumulátorokat használunk, és a használat időtartamára vagyunk kíváncsiak. A újratölthető akkumulátor teljesítményének mérése érdekében meghatározták a ciklusélettartam fogalmát. A valós felhasználói tapasztalatok nagyon eltérőek, és különböző körülmények között végzett tesztek nem összehasonlíthatók. Az összehasonlítás érdekében a ciklusélettartam definícióját szabványosítani kell.

A nemzeti szabvány a következő tesztelési körülményeket és követelményeket írja elő a lítium-akkumulátorok ciklusélettartamára vonatkozóan: 20°C ± 5°C környezeti hőmérsékleten töltsön 1C áramerősséggel. Amikor az akkumulátor kapocsfeszültsége eléri a 4,2 V-os töltési feszültségkorlátot, váltson állandó feszültségű töltésre, amíg a töltőáram el nem éri az 1/20C értéket vagy annál kisebb nem lesz. Ekkor fejezze be a töltést, és hagyja pihenni 0,5–1 órán át. Ezután 1C áramerősséggel merítse le 2,75 V megszakítási feszültségig. A kisütés befejezése után ismét hagyja pihenni 0,5–1 órán át, majd kezdje el a következő töltési-kisütési ciklust. A ciklusélettartamnak akkor van vége, amikor két egymást követő kisütési idő rövidebb, mint 36 perc. A ciklusok száma nagyobbnak kell lennie, mint 300.

A nemzeti szabvány magyarázata:

1. Ez a definíció előírja, hogy a ciklusélettartam-vizsgálatot teljes töltés-teljes kisütés módszerrel kell végezni ;
2. A szabályozások előírják, hogy e modell szerint a lítium-akkumulátorok ciklusélettartama során ≥300 ciklus után is több mint 60% kapacitást meg kell tartaniuk .

Azonban különböző ciklusüzemek jelentősen eltérő ciklusszámot eredményeznek. Például, ha minden más feltételt változatlanul hagyunk, csupán a folyamatos feszültséget 4,2 V-ról 4,1 V-ra változtatjuk ugyanannál az akkumulátormodellnél az élettartam-tesztelés során, ez azt jelenti, hogy az akkumulátor már nem kerül teljes mértékben feltöltésre, és a végső teszteredmények közel 60%-os növekedést mutatnak az élettartamban. Ezért, ha a kikapcsolási feszültséget 3,9 V-ra emeljük, a ciklusszám többszörösére növekedhet.

Fontos megérteni azt az állítást, miszerint minden töltési-kisütési ciklus csökkenti az akkumulátor élettartamát. Egy lítium-akkumulátor töltési ciklusa alatt azt a folyamatot értjük, amikor a lítium-akkumulátor teljesen feltöltött állapotból teljesen lemerült állapotba kerül, majd ismét teljesen feltöltődik. Ez nem ugyanaz, mint egyszer feltölteni. Továbbá, amikor a ciklusszámról beszélünk, figyelembe kell venni azokat a körülményeket, amelyek között a ciklus történik. A ciklusszám említése ezeknek a körülményeknek a figyelembe vétele nélkül értelmetlen, mivel a ciklusszám a telep élettartamának felmérésére szolgáló eszköz, nem pedig maga a cél!