Propadanje baterije kritičan je problem koji značajno utječe na performanse, životni vijek i ukupnu učinkovitost baterija. Kao dobavljač baterija, razumijevanje mehanizama koji stoje iza degradacije baterija ključno je za pružanje visokokvalitetnih proizvoda našim kupcima i osiguravanje dugoročnog zadovoljstva. U ovom blogu istražit ćemo različite čimbenike koji pridonose degradaciji baterije i kako možemo ublažiti te učinke.
Kemijske reakcije unutar baterija
U srcu svake baterije su kemijske reakcije koje stvaraju električnu energiju. Na primjer, u olovno - kiselinskoj bateriji, kao što je našaEFB Start - Stop baterija, osnovna kemijska reakcija uključuje pretvorbu olova, olovnog dioksida i sumporne kiseline u olovni sulfat i vodu tijekom pražnjenja, te obrnutu reakciju tijekom punjenja.
S vremenom se mogu pojaviti nuspojave. Jedan od najčešćih problema kod olovnih baterija je sulfatizacija. Kada je baterija nedovoljno napunjena, na pločama baterije mogu se stvoriti kristali olovnog sulfata. Za razliku od normalnog olovnog sulfata koji se formira i otapa tijekom normalnih ciklusa punjenja i pražnjenja, ovi kristali su veliki i tvrdi. Oni mogu spriječiti odvijanje normalnih kemijskih reakcija, smanjujući kapacitet i učinkovitost baterije. Ovo je glavni uzrok degradacije olovno-kiselinskih baterija, posebno u primjenama gdje se baterija redovito ne puni u potpunosti, kao što su neki start-stop sustavi vozila.
U litij - ionskim baterijama, poput našihLfp litijska baterija, kemijske reakcije uključuju kretanje litijevih iona između anode i katode. Međutim, te reakcije nisu uvijek savršene. Stvaranje međufaznog sloja čvrstog elektrolita (SEI) na anodi normalan je dio rada baterije. Ali tijekom ponovljenih ciklusa punjenja i pražnjenja, SEI sloj može postati deblji, trošeći ione litija i čineći ih nedostupnima za normalan proces punjenja i pražnjenja. To dovodi do postupnog gubitka kapaciteta baterije.
Učinci temperature
Temperatura igra značajnu ulogu u degradaciji baterije. I visoke i niske temperature mogu imati negativan utjecaj na rad baterije.
Visoke temperature
Visoke temperature mogu ubrzati kemijske reakcije unutar baterije. U olovno-kiselinskim baterijama povišena temperatura ubrzava brzinu samopražnjenja i gubitak vode isparavanjem. Za našeCrno zlatna baterija dugog vijeka trajanja, ako je duže vrijeme izložen visokim temperaturama, stopa korozije mreže može se povećati. Pozitivna rešetka u olovno-kiselinskoj bateriji izrađena je od legure metala, a na visokim temperaturama ova rešetka može brže korodirati. Ova korozija slabi mrežnu strukturu, otežava bateriji održavanje svog električnog integriteta i na kraju dovodi do gubitka kapaciteta.
U litij - ionskim baterijama visoke temperature mogu uzrokovati raspadanje elektrolita. Elektrolit je ključna komponenta koja omogućuje kretanje litijevih iona između anode i katode. Kada se raspadne, može stvoriti plinove i druge nusprodukte koji mogu oštetiti unutarnju strukturu baterije. Dodatno, visoke temperature mogu uzrokovati da se metalni litij izbaci na anodu, što može dovesti do kratkih spojeva i značajnog smanjenja trajanja baterije.
Niske temperature
Niske temperature, s druge strane, usporavaju kemijske reakcije u bateriji. U olovnim baterijama elektrolit postaje viskozniji na niskim temperaturama, što smanjuje pokretljivost iona. To rezultira smanjenjem sposobnosti baterije da isporuči snagu. Na primjer, u hladnim klimatskim uvjetima, olovni akumulator vozila može imati poteškoća s pokretanjem motora jer smanjena pokretljivost iona ograničava struju koja se može isporučiti.
U litij - ionskim baterijama, niske temperature mogu uzrokovati litijsko presvlačenje anode. Kad se baterija puni na niskim temperaturama, litijevi ioni možda neće moći dovoljno brzo interkalirati u materijal anode. Umjesto toga, mogu formirati sloj metalnog litija na površini anode. Ovaj litij može uzrokovati kratke spojeve i oštetiti bateriju tijekom vremena, što dovodi do degradacije.
Pretjerano punjenje i prekomjerno pražnjenje
Pretjerano punjenje
Do prekomjernog punjenja dolazi kada je baterija napunjena iznad preporučenog napona. Kod olovno-kiselinskih baterija prekomjerno punjenje uzrokuje prekomjerno stvaranje plinova. Tijekom prekomjernog punjenja, voda u elektrolitu se elektrolizom razdvaja na plinove vodik i kisik. To ne samo da dovodi do gubitka vode, što zahtijeva redovito dolijevanje, već također može uzrokovati sušenje baterijskih ploča. Suhe ploče se tada mogu oštetiti, a učinkovitost baterije će se smanjiti.
Kod litij - ionskih baterija prekomjerno punjenje može biti još opasnije. To može uzrokovati pregrijavanje baterije, au ekstremnim slučajevima može dovesti i do toplinskog bijega. Toplinski bijeg je samoodrživa reakcija koja uzrokuje brzo zagrijavanje baterije, što može dovesti do požara ili eksplozije. Štoviše, prekomjerno punjenje može uzrokovati oštećenje materijala katode, što dovodi do gubitka litijevih iona i smanjenja kapaciteta baterije.
Pretjerano punjenje
Pretjerano pražnjenje se događa kada se baterija isprazni ispod preporučenog napona. U olovnim baterijama, prekomjerno pražnjenje može dovesti do stvaranja velikih kristala olovnog sulfata na pločama baterije, kao što je ranije spomenuto. Ti se kristali teško razgrađuju tijekom punjenja i mogu trajno oštetiti bateriju.
U litij-ionskim baterijama prekomjerno pražnjenje može uzrokovati prenizak potencijal katode. To može dovesti do nepovratnih promjena u materijalu katode, kao što su fazni prijelazi, koji smanjuju sposobnost baterije da pohranjuje i otpušta energiju.
Biciklistički stres
Broj ciklusa punjenja i pražnjenja kroz koje baterija prolazi također utječe na njezinu degradaciju. Svaki put kad se baterija puni i prazni, dolazi do mehaničkih i kemijskih opterećenja na njezine komponente.
Kod olovno-kiselinskih baterija, širenje i skupljanje baterijskih ploča tijekom ciklusa punjenja i pražnjenja može uzrokovati opadanje aktivnog materijala na pločama. Aktivni materijal je odgovoran za elektrokemijske reakcije baterije, a kada se baci, kapacitet baterije se smanjuje. Za olovne baterije s dubokim ciklusom, kao što je našaCrno zlatna baterija dugog vijeka trajanja, koji su dizajnirani da izdrže višestruka duboka pražnjenja i punjenja, ciklički stres je glavni čimbenik u određivanju njihovog životnog vijeka.
U litij - ionskim baterijama, opetovana interkalacija i de - interkalacija litijevih iona uzrokuje promjene volumena u anodnim i katodnim materijalima. Ove promjene volumena mogu dovesti do mehaničkog naprezanja i na kraju do stvaranja pukotina u materijalima elektrode. Pukotine mogu izložiti nove površine elektrolitu, što dovodi do daljnjih nuspojava i degradacije baterije.
Strategije ublažavanja
Kako bismo smanjili degradaciju baterije, mi, kao dobavljač baterija, provodimo nekoliko strategija. Prvo, koristimo visokokvalitetne materijale u našim baterijama. Za olovno-kiselinske akumulatore biramo sastave legura za rešetke koje su otpornije na koroziju. U litij - ionskim baterijama biramo katodne i anodne materijale dobre stabilnosti i niske reaktivnosti.
Drugo, pružamo napredne sustave upravljanja baterijama (BMS). BMS može pratiti stanje napunjenosti baterije, napon i temperaturu. Može spriječiti prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje kontroliranjem procesa punjenja i pražnjenja. Na primjer, ako je temperatura baterije previsoka, BMS može smanjiti struju punjenja kako bi spriječio oštećenje.
Na kraju, nudimo smjernice našim kupcima o pravilnom korištenju i održavanju baterije. To uključuje preporuke o brzinama punjenja, temperaturama skladištenja i redovitim pregledima. Slijedeći ove smjernice, naši kupci mogu produžiti životni vijek svojih baterija i smanjiti utjecaj degradacije.
Zaključak
Degradacija baterije složen je proces na koji utječu brojni čimbenici, uključujući kemijske reakcije, temperaturu, prekomjerno punjenje, prekomjerno pražnjenje i ciklički stres. Kao dobavljač baterija, predani smo razumijevanju ovih čimbenika i razvoju rješenja za smanjenje degradacije baterije. Naši proizvodi, kao što suEFB Start - Stop baterija,Lfp litijska baterija, iCrno zlatna baterija dugog vijeka trajanja, dizajnirani su imajući na umu ta razmatranja.
Ako ste zainteresirani za nabavu visokokvalitetnih baterija s minimalnom brigom o degradaciji, tu smo da vam pomognemo. Bez obzira imate li posebne zahtjeve za kapacitet baterije, životni vijek ili performanse, naš tim stručnjaka može vam pružiti prilagođena rješenja. Slobodno nas kontaktirajte kako bismo započeli raspravu o nabavi i pronašli najbolje proizvode za baterije za vaše potrebe.
Reference
- Linden, D. i Reddy, TB (2002). Priručnik o baterijama. McGraw - Hill.
- Chen, Z. i Evans, DJ (2018). Izazovi u razvoju naprednih Li - ion baterija: pregled. Materijali za pohranu energije, 10, 302 - 321.
- Karden, E. i Garche, J. (2010.). Osnove elektrokemije za baterijske tehnologije. Electrochimica Acta, 55(15), 4338 - 4349.