Dlaczego baterie litowo-jonowe nie trwają wiecznie?

Podstawowe zasady baterii litowo-jonowej są następujące:

Gdy bateria jest w pełni naładowana, elektroda ujemna jest pełna jonów litu.

Po podłączeniu do urządzenia jony litu zaczynają przemieszczać się przez elektrolit do elektrody dodatniej, a ta reakcja chemiczna wytwarza ładunek elektryczny na zaciskach.

Kiedy na ujemnej płytce nie ma już jonów litu, bateria jest płaska i konieczne jest ponowne naładowanie, aby odwrócić proces.

Jak działa bateria litowo-jonowa

ale w rzeczywistości proces ten nie jest całkiem doskonały. Od pierwszego cyklu rozładowania i ponownego ładowania pojemność akumulatora ulega pogorszeniu.

W grze są cztery kwestie:

Stały interfejs elektrolitu gromadzi się na elektrodzie ujemnej

Utlenianie elektrolitu na elektrodzie dodatniej

Litowanie

Mechaniczna degradacja

Interfejs stałego elektrolitu i utlenianie elektrolitu

Podczas ładowania akumulatora litowo-jonowego tlenek litu i atomy węglanu litu tworzą film na elektrodzie ujemnej znanej jako interfejs stałego elektrolitu (SEI).

Podobny film, znany jako utlenianie elektrolitu, występuje na elektrodzie dodatniej, jeśli akumulator działa w pełnym lub prawie pełnym stanie naładowania w temperaturze 104 ° F (40 ° C) lub wyższej. Utlenianie elektrolitu to nic nowego, proces ten jest aktywnie wykorzystywany do obróbki metali, aby nie rdzewieć. Jest to bardzo popularne w branży żeglarskiej, ale nie jest mile widziane w baterii.

Takie ciepło może wydawać się rzadkie, ale temperatury pracy urządzeń takich jak laptopy często przekraczają ten limit. Jest również powszechny w niektórych częściach świata, o czym Nissan dowiedział się, gdy ich właściciele samochodów elektrycznych mieszkający w gorących obszarach, takich jak Arizona, pozwał do sądu z powodu niskiej pojemności baterii po stosunkowo niewielkiej liczbie cykli rozładowania i ładowania.

Utlenianie elektrolitów zwiększa również szybkość samorozładowania, co może wyjaśniać, dlaczego niektóre baterie wymagają regularnego ładowania, nawet gdy nie są używane.

Filmy te są początkowo tak cienkie, że większość jonów litu może przejść, ale po stopniowym ładowaniu i rozładowywaniu stopniowo się zagęszczają. Za każdym razem, gdy folia się pogrubia, zmniejsza liczbę jonów litu, które mogą poruszać się między płytami, wpływając na zdolność akumulatora do pełnego ładowania, jak również wydłużając czas ładowania.

Różni producenci byli w stanie zmniejszyć nagromadzenie jednej lub obu folii z dodatkiem pewnych chemikaliów do elektrolitu, ale nikt nie zdołał całkowicie zatrzymać tego procesu.

Gdy akumulatory litowo-jonowe są ładowane szybko, szybkość z jaką jony opuszczają elektrodę dodatnią i zmierzają w kierunku elektrody ujemnej, przekracza szybkość, z jaką elektroda ujemna może absorbować jony. W takich przypadkach jony stają się metalicznym osadem na elektrodzie.

Elektroda dodatnia jest szczególnie słaba w absorbowaniu jonów w niskich temperaturach, więc mieszaj szybkie ładowanie i zimne środowisko, a otrzymujesz receptę na szybkie powlekanie litem.

Mniej jonów wokół oznacza mniejszą pojemność baterii. W bardziej ekstremalnych okolicznościach nagromadzenie może spowodować zwarcie akumulatora i całkowite jego uszkodzenie.

Akumulator litowo-jonowy 36V 12 Ah