Аналіз деградації комерційних літій-іонних акумуляторів при тривалому зберіганні. Літій-іонні акумулятори стали незамінними в різних галузях промисловості завдяки своїй високій щільності енергії та ефективності. Однак з часом їхні характеристики погіршуються, особливо під час тривалого зберігання. Розуміння механізмів і факторів, що впливають на цю деградацію, має вирішальне значення для оптимізації терміну служби акумуляторів і максимізації їхньої ефективності. У цій статті ми заглиблюємося в аналіз деградації комерційних літій-іонних акумуляторів під час тривалого зберігання, пропонуючи дієві стратегії для пом'якшення зниження продуктивності та подовження терміну служби батареї.
Основні механізми деградації:
Саморозряд
Внутрішні хімічні реакції в літій-іонних акумуляторах спричиняють поступову втрату ємності, навіть коли батарея не використовується. Цей процес саморозряду, хоча зазвичай повільний, може прискорюватися при підвищеній температурі зберігання. Основною причиною саморозряду є побічні реакції, викликані домішками в електроліті та незначними дефектами в матеріалах електродів. Хоча ці реакції протікають повільно при кімнатній температурі, їх швидкість подвоюється з підвищенням температури на кожні 10°C. Тому зберігання акумуляторів при температурі, вищій за рекомендовану, 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 твердого електролітного інтерфейсу (SEI) і деградації матеріалів електродів. Шар SEI необхідний для нормальної роботи акумулятора, але при високих температурах він продовжує потовщуватись, поглинаючи іони літію з електроліту і збільшуючи внутрішній опір акумулятора, що призводить до зменшення його ємності. Крім того, високі температури можуть дестабілізувати структуру матеріалу електродів, спричиняючи появу тріщин і розкладання, що ще більше знижує ефективність і термін служби акумулятора.
Втрата літію
Під час циклів заряду-розряду деякі іони літію назавжди затримуються в кристалічній решітці електродного матеріалу, що робить їх недоступними для подальших реакцій. Ця втрата літію посилюється при високих температурах зберігання, оскільки високі температури сприяють тому, що більше іонів літію незворотно вбудовуються в дефекти кристалічної решітки. Як наслідок, кількість доступних іонів літію зменшується, що призводить до зниження ємності та скорочення терміну служби.
Фактори, що впливають на швидкість деградації
Температура зберігання
Температура є основним фактором, що визначає деградацію батареї. Щоб уповільнити процес деградації, батареї слід зберігати в прохолодному, сухому середовищі, в ідеалі - в діапазоні температур від 15°C до 25°C. Високі температури прискорюють швидкість хімічних реакцій, збільшуючи саморозряд і утворення шару SEI, що прискорює старіння акумулятора.
Стан заряду (SOC)
Підтримання часткового SOC (близько 30-50%) під час зберігання мінімізує напруження на електродах і знижує швидкість саморозряду, тим самим подовжуючи термін служби акумулятора. Як високий, так і низький рівень SOC збільшує навантаження на матеріал електродів, що призводить до структурних змін і побічних реакцій. Частковий рівень SOC врівноважує напругу і активність реакцій, сповільнюючи швидкість деградації.
Глибина розряду (DOD)
Акумулятори, що піддаються глибоким розрядам (високий ступінь розряду), деградують швидше, ніж ті, що піддаються неглибоким розрядам. Глибокі розряди спричиняють значніші структурні зміни в матеріалах електродів, створюючи більше тріщин і побічних продуктів реакції, що збільшує швидкість деградації. Уникання повного розрядження акумуляторів під час зберігання допомагає пом'якшити цей ефект і подовжити термін служби батареї.
Календарний вік
Батареї природно деградують з часом через притаманні їм хімічні та фізичні процеси. Навіть за оптимальних умов зберігання хімічні компоненти батареї поступово розкладаються і виходять з ладу. Правильне зберігання може сповільнити цей процес старіння, але не може повністю йому запобігти.
Методи аналізу деградації:
Вимірювання згасання потужності
Періодичне вимірювання ємності розряду акумулятора - простий спосіб відстежити його деградацію з часом. Порівняння ємності акумулятора в різні періоди часу дозволяє оцінити швидкість і ступінь його деградації, що дає змогу вчасно вжити заходів з технічного обслуговування.
Електрохімічна імпедансна спектроскопія (ЕІС)
Цей метод аналізує внутрішній опір акумулятора, надаючи детальну інформацію про зміни у властивостях електродів і електроліту. EIS може виявити зміни внутрішнього опору акумулятора, допомагаючи визначити конкретні причини деградації, такі як потовщення шару SEI або погіршення якості електроліту.
Посмертний аналіз
Розбирання деградованого акумулятора та аналіз електродів і електроліту за допомогою таких методів, як рентгенівська дифракція (XRD) і скануюча електронна мікроскопія (SEM), може виявити фізичні та хімічні зміни, що відбулися під час зберігання. Посмертний аналіз надає детальну інформацію про структурні та композиційні зміни в акумуляторі, допомагаючи зрозуміти механізми деградації та вдосконалити стратегію проектування та обслуговування акумуляторів.
Стратегії пом'якшення наслідків
Прохолодне зберігання
Зберігайте батареї в прохолодному контрольованому середовищі, щоб мінімізувати саморозряд та інші механізми деградації, залежні від температури. В ідеалі, підтримуйте температуру в діапазоні від 15°C до 25°C. Використання спеціального охолоджувального обладнання та систем контролю навколишнього середовища може значно сповільнити процес старіння батареї.
Зберігання часткового заряду
Під час зберігання підтримуйте частковий SOC (близько 30-50%), щоб зменшити напругу на електродах і сповільнити деградацію. Це вимагає встановлення відповідних стратегій заряджання в системі керування акумулятором, щоб гарантувати, що батарея залишається в межах оптимального діапазону SOC.
Регулярний моніторинг
Періодично контролюйте ємність і напругу акумулятора, щоб виявити тенденції до деградації. На основі цих спостережень виконуйте необхідні коригувальні дії. Регулярний моніторинг також може забезпечити раннє попередження про потенційні проблеми, запобігаючи раптовим відмовам батареї під час використання.
Системи керування акумуляторами (BMS)
Використовуйте BMS для моніторингу стану акумулятора, контролю циклів заряду-розряду та реалізації таких функцій, як балансування елементів і регулювання температури під час зберігання. BMS може визначати стан батареї в режимі реального часу і автоматично регулювати робочі параметри, щоб продовжити термін служби батареї і підвищити безпеку.
Висновок
Всебічно розуміючи механізми деградації, фактори впливу та впроваджуючи ефективні стратегії пом'якшення наслідків, ви можете значно покращити управління довгостроковим зберіганням комерційних літій-іонних акумуляторів. Такий підхід дозволяє оптимально використовувати батареї та подовжує їхній загальний термін служби, забезпечуючи кращу продуктивність та економічну ефективність у промислових застосуваннях. Щоб отримати більш досконалі рішення для зберігання енергії, зверніть увагу на Комерційна та промислова система зберігання енергії на 215 кВт/год до Kamada Power.
Зверніться до Kamada Power
Забирай. Індивідуальні комерційні та промислові системи зберігання енергії Будь ласка, натисніть Зв'яжіться з нами Kamada Power
