Аналіз деградації комерційних літій-іонних батарей під час тривалого зберігання. Літій-іонні акумулятори стали незамінними в різних галузях промисловості завдяки своїй високій щільності енергії та ефективності. Однак їхня продуктивність з часом погіршується, особливо під час тривалого зберігання. Розуміння механізмів і факторів, що впливають на це погіршення, має вирішальне значення для оптимізації терміну служби акумуляторів і максимізації їх ефективності. У цій статті розглядається аналіз погіршення якості комерційних літій-іонних акумуляторів під час тривалого зберігання, пропонуючись дієві стратегії пом’якшення зниження продуктивності та продовження терміну служби акумулятора.
Основні механізми деградації:
Саморозряд
Внутрішні хімічні реакції всередині літій-іонних акумуляторів спричиняють поступову втрату ємності, навіть коли акумулятор не використовується. Хоча цей процес саморозряду зазвичай повільний, його можна прискорити при високій температурі зберігання. Основною причиною саморозряду є побічні реакції, викликані домішками в електроліті та незначними дефектами матеріалів електродів. Хоча ці реакції протікають повільно при кімнатній температурі, їх швидкість подвоюється з підвищенням температури на кожні 10°C. Таким чином, зберігання акумуляторів при температурах, вищих за рекомендовані, може значно збільшити швидкість саморозряду, що призведе до значного зменшення ємності перед використанням.
Електродні реакції
Побічні реакції між електролітом і електродами призводять до утворення шару інтерфейсу твердого електроліту (SEI) і руйнування матеріалів електродів. Шар SEI необхідний для нормальної роботи батареї, але при високих температурах він продовжує потовщуватися, споживаючи іони літію з електроліту та збільшуючи внутрішній опір батареї, таким чином зменшуючи ємність. Крім того, високі температури можуть дестабілізувати структуру матеріалу електрода, викликаючи тріщини та розкладання, що ще більше зменшує ефективність і термін служби батареї.
Втрата літію
Під час циклів заряду-розряду деякі іони літію назавжди затримуються в структурі решітки матеріалу електрода, що робить їх недоступними для майбутніх реакцій. Ця втрата літію посилюється при високих температурах зберігання, оскільки високі температури сприяють незворотному проникненню більшої кількості іонів літію в дефекти решітки. У результаті кількість доступних іонів літію зменшується, що призводить до зменшення ємності та скорочення терміну служби.
Фактори, що впливають на швидкість деградації
Температура зберігання
Температура є основним визначальним фактором погіршення якості батареї. Батареї слід зберігати в прохолодному, сухому середовищі, в ідеалі в діапазоні від 15°C до 25°C, щоб уповільнити процес деградації. Високі температури прискорюють швидкість хімічних реакцій, збільшуючи саморозряд і утворення шару SEI, таким чином прискорюючи старіння акумулятора.
Стан заряду (SOC)
Підтримка часткового SOC (близько 30-50%) під час зберігання мінімізує навантаження на електроди та зменшує швидкість саморозряду, тим самим подовжуючи термін служби батареї. Як високий, так і низький рівень SOC збільшує напругу матеріалу електрода, що призводить до структурних змін і більшої кількості побічних реакцій. Частковий SOC врівноважує стрес і активність реакції, уповільнюючи швидкість деградації.
Глибина розряду (DOD)
Акумулятори, що піддаються глибокому розряду (висока DOD), розкладаються швидше, ніж ті, що піддаються неглибокому розряду. Глибокі розряди викликають більш значні структурні зміни в матеріалах електродів, утворюючи більше тріщин і продуктів побічної реакції, таким чином збільшуючи швидкість деградації. Уникнення повної розрядки акумуляторів під час зберігання допомагає пом’якшити цей ефект, продовживши термін служби акумулятора.
Календарний вік
Батареї природно розкладаються з часом через властиві хімічні та фізичні процеси. Навіть за оптимальних умов зберігання хімічні компоненти акумулятора поступово розкладаються і виходять з ладу. Правильне зберігання може уповільнити процес старіння, але не може повністю запобігти йому.
Методи аналізу деградації:
Вимірювання згасання ємності
Періодичне вимірювання розрядної ємності батареї забезпечує простий метод відстеження її погіршення з часом. Порівняння ємності батареї в різний час дозволяє оцінити швидкість і ступінь її деградації, дозволяючи вчасно вживати технічних заходів.
Електрохімічна імпедансна спектроскопія (EIS)
Цей метод аналізує внутрішній опір батареї, надаючи детальну інформацію про зміни властивостей електродів і електроліту. EIS може виявляти зміни у внутрішньому опорі батареї, допомагаючи визначити конкретні причини деградації, такі як потовщення шару SEI або погіршення стану електроліту.
Посмертний аналіз
Розбирання пошкодженої батареї та аналіз електродів і електроліту за допомогою таких методів, як рентгенівська дифракція (XRD) і скануюча електронна мікроскопія (SEM), можуть виявити фізичні та хімічні зміни, що відбуваються під час зберігання. Посмертний аналіз надає детальну інформацію про структурні та композиційні зміни всередині батареї, допомагає зрозуміти механізми деградації та покращує конструкцію батареї та стратегії обслуговування.
Стратегії пом'якшення
Прохолодне зберігання
Зберігайте батареї в прохолодному контрольованому середовищі, щоб мінімізувати саморозряд та інші залежні від температури механізми деградації. В ідеалі підтримувати температурний діапазон від 15°C до 25°C. Використання спеціального обладнання для охолодження та систем контролю навколишнього середовища може значно сповільнити процес старіння акумулятора.
Зберігання часткового заряду
Підтримуйте частковий SOC (близько 30-50%) під час зберігання, щоб зменшити навантаження на електроди та уповільнити деградацію. Для цього потрібно встановити відповідні стратегії заряджання в системі керування акумулятором, щоб гарантувати, що акумулятор залишається в межах оптимального діапазону SOC.
Регулярний моніторинг
Періодично перевіряйте ємність і напругу акумулятора, щоб виявити тенденції погіршення. Застосуйте коригувальні дії, якщо це необхідно, на основі цих спостережень. Регулярний моніторинг також може забезпечити раннє попередження про потенційні проблеми, запобігаючи раптовим виходам з ладу акумулятора під час використання.
Системи керування акумулятором (BMS)
Використовуйте BMS для моніторингу стану батареї, керування циклами заряду й розряду та реалізації таких функцій, як балансування клітинок і регулювання температури під час зберігання. BMS може визначати стан батареї в реальному часі та автоматично регулювати робочі параметри, щоб продовжити термін служби батареї та підвищити безпеку.
Висновок
Завдяки повному розумінню механізмів деградації, факторів впливу та впровадження ефективних стратегій пом’якшення наслідків ви можете значно покращити управління довготривалим зберіганням комерційних літій-іонних батарей. Такий підхід забезпечує оптимальне використання акумуляторів і подовжує їх загальний термін служби, забезпечуючи кращу продуктивність і економічну ефективність у промислових застосуваннях. Щоб отримати досконаліші рішення для зберігання енергії, розгляньтеКомерційна та промислова система накопичення енергії на 215 кВт/год by Сила Камада.
Зверніться до Kamada Power
отриматиІндивідуальні комерційні та промислові системи зберігання енергіїНатисніть, будь ласкаЗв'яжіться з нами Kamada Power
Час публікації: 29 травня 2024 р