Розкривається тривалість життя літійової батареї: скільки років вона загалом може використовуватися?

Що визначає тривалість життя литійного аккумулятора?

На сьогоднішній день сучасні енергетичні розв'язки сильно залежать від передової технології батарей, і системи на основі літію зараз ведуть до споживчого ринку. Коли мова йде про оперативну тривалість цих енергетичних накопичувачів, вона зазвичай знаходиться в діапазоні від 2 до 15 років. Ця тривалість впливає певна кількість технічних параметрів. Хімічний склад є фундаментально важливим. Наприклад, клітинки з літієво-железно-фосфатним складом (LiFePO4) взагалі мають більшу тривалість у порівнянні з традиційними літій-іонними клітинками. У термінах циклів стійкості, вони можуть перевищувати свої аналоги на 30 до 50%. Крім того, навколишні умови також мають значний вплив. Якщо літійний акумулятор постійно піддається температурі вище 35°C (95°F), його зниження ємності може прискоритися на 25% щороку, у порівнянні з операцією в оптимальному діапазоні 20-25°C (68-77°F).

Оптимізація практики зарядки для максимальної стійкості

На основі впливу технічних параметрів на тривалість життя батареї, стратегії керування зарядом грають ключову роль у впливі на електрохімічну стійкість литієвих батарей. Підтримка рівня заряду між 20-80% замість повних циклів 0-100% є корисною. Це через те, що це зменшує сітковий стрес у катодних матеріалах, і має потенціал подвоїти кількість циклів. На сьогоднішній день передові системи керування батареєю (BMS) досягли значних успіхів. Тепер вони реалізують адаптивні алгоритми зарядки, які здатні регулювати потік струму за даними про температуру та шаблони використання. Іншим важливим аспектом є те, що часткові цикли розряду менш шкідливі для батареї, ніж глибокі розряди. Дослідження показали, що коли батарея переживає цикли розряду на 30-50% (DoD), вона може видавати в 2-3 рази більше загальної енергії протягом свого життя порівняно з тим, коли вона переживає використання на рівні 80-100% DoD.

Розглядання особливостей продуктивності, пов'язаних з додатком

Поки що методики зарядки важливі для тривалості батареї, вимоги циклу роботи також мають значний вплив на практичний термін служби литійових батарей. Різні застосунки мають різний вплив на тривалість батареї. Наприклад, системи зберігання сонячної енергії зазвичай мають оперативний діапазон 8 до 12 років. Це головним чином пов'язано з їх керованими швидкими ставками розряду та відносно стабільними тепловими середовищами, у яких вони працюють. З іншого боку, електропакети електромобілів стикаються з більш високими вимогами. Більшість виробників гарантує, що їхні електропакети зберегуть 70% своєї ємності після 8 років або 160 000 км використання. У випадку промислових батарей, використовуваних у тяжолій техніці, необхідні спеціалізовані високочастотні варіанти. Часто вони включають формули нікелево-манганово-кобальтових (NMC) сполук, які можуть балансувати енергетичну щільність та забезпечувати здатність витримувати більше 3 000 циклів при високих навантаженнях.

Протоколи обслуговування для продовження терміну служби

Ураховуючи різні фактори, які впливають на тривалість життя литієвих батарей у різних застосунках, проактивне обслуговування може грати ключову роль у зменшенні впливу календарного старіння. Квартальне тестування ємності є корисною практикою, оскільки воно допомагає виявити ранні знаки патернів деградації батареї. Крім того, імпедансна спектроскопія може виявити будь-які розбуджувані проблеми внутрішнього опору. Щодо зберігання, існують рекомендовані протоколи. Для періодів неактивності краще зберігати батарею при заряді 40-60% та у кліматично-контрольованому середовищі нижче 25°C (77°F). Крім того, зараз доступні нові системи розумного моніторингу. Ці системи можуть відстежувати накопичені стрес-фактори, такі як тепловий історія та інтенсивність заряду/розряду, і здатні передбачити залишковий корисний термін служби батареї з точністю більше 90% у комерційних застосунках.

Популярні помилкові уявлення про старіння батарей

Навіть при правильному обслуговуванні та розумінні факторів, що впливають на тривалість життя батареї, все ще існують деякі поширені помилкові уявлення про старіння батарей. Наспроти того, що багато хто вважає, періодичні повні розрядки не завдають власне шкоди сучасним літійовим системам. Проте, вони мають використовуватися лише для калібрування. Технології швидкого зарядження зробили великий крок вперед. Зараз вони мінімізують знос електродів за допомогою пульсуючої доставки струму та передових технік термального управління. Хоча фізичне надмirenня є знаком виходу з ладу у споживчих клітинах, промислові батарейні пакети конструюються інакше. Вони часто включають буфери розширення, які дозволяють їм зберігати безпеку та продуктивність, не піддаючись негативному впливу від надмirenня.

Майбутні розробки в тривалості батарей

Незважаючи на поточне розуміння та управління тривалістю життя литійних батарей, єдналише є місце для покращення, і майбутнє виглядає обіцяючо. Перерви в науці про матеріали очікується, що принесуть значні покращення у тривалості батарей. Наприклад, прототипи з анодами з сірники показали 40-процентне покращення у збереженні ємності після 1,000 циклів. Дослідження твердих електролітів мають за мету вирішити проблему формування дендритів, що зараз обмежує можливості надзвичайно швидкого заряджування батарей. Виробники також працюють над розробкою самовідновлюваних катодних структур. Ці структури здатні виправляти мікротріщини під час перерв, і вони мають потенціал продовжувати термін служби стаціонарних систем зберігання понад 20 років.