Ličio baterijos yra neatsiejama mūsų kasdienio gyvenimo dalis, maitinančios viską nuo išmaniųjų telefonų iki elektrinių transporto priemonių. Nors šios baterijos pasižymi aukštu efektyvumu ir patikimumu, jos nėra apsaugotos nuo problemų. Viena iš svarbių problemų yra ličio oksidacija - reiškinys, galintis smarkiai paveikti akumuliatoriaus veikimą ir tarnavimo laiką.
Ličio akumuliatoriaus oksidacija yra sudėtingas cheminis procesas, vykstantis akumuliatoriaus viduje. Tai pirmiausia atsiranda, kai litis reaguoja su deguonimi ir susidaro ličio oksidas. Norint suprasti ličio oksidaciją, būtina suprasti pagrindinį principą. Litis yra labai reaktyvus ir linkęs sudaryti junginius su kitais elementais. Ličio sąveika su deguonimi lengvai sudaro ličio oksidą (Li2O).
Ličio baterijų oksidaciją gali paspartinti keli veiksniai. Jei akumuliatoriaus komponentai nėra tinkamai užsandarinti arba yra priemaišų, oksidacija gali prasidėti ankstyvame gamybos etape. Be to, veikiant išoriniams veiksniams, pvz., orui, drėgmei ir aukštai temperatūrai, procesas gali paspartėti, kai naudojamas akumuliatorius. Litis labai reaguoja su deguonimi. Drėgna aplinka gali pagreitinti procesą. Šiluma pagreitina chemines reakcijas. Senėjimas: Baterijoms senstant, jų vidiniai komponentai natūraliai genda.
Ličio baterijos yra labai jautrios aplinkos veiksniams, o oksidacija yra pagrindinė problema, dėl kurios gali labai pablogėti jų veikimas ir eksploatavimo trukmė. Ličio oksidacija yra cheminė reakcija, kuri įvyksta, kai ličio sąveika su deguonimi arba drėgme ore. Oro ir drėgmės poveikis: Litis yra labai reaktyvus, todėl drėgnas oras gali lengvai sukelti oksidacijos reakcijas.
Ankstyvieji oksidacijos požymiai
Norint išvengti tolesnės žalos, labai svarbu nustatyti ankstyvus ličio akumuliatoriaus oksidacijos požymius. Vienas iš labiausiai pastebimų oksidacijos požymių yra akumuliatoriaus patinimas. Oksiduojantis ličio akumuliatorius gali neįprastai įkaisti kraunant arba naudojant. Akumuliatoriaus korpuso arba gnybtų spalvos pasikeitimas taip pat gali reikšti oksidaciją. Iš akumuliatoriaus sklindantis cheminis kvapas yra oksidacijos požymis. Labai svarbu reguliariai tikrinti, ar ličio baterijose nėra šių požymių. Ankstyvas oksidacijos aptikimas gali padėti išvengti tolesnės žalos ir užtikrinti baterijų saugumą bei ilgaamžiškumą.
Kitos akumuliatoriaus gedimo priežastys
Akumuliatorių baterijos sugadinamos arba anksčiau laiko susidėvi dėl eilės tipinių procesų, vykstančių baterijos viduje. Šių procesų intensyvumą dažniausiai lemia kitų automobilio sistemų nukrypimai nuo normalių parametrų ir itin intensyvi akumuliatoriaus eksploatacija. Intensyvios eksploatacijos priežastis gali būti “užsimaskavusi” ir sėkmingai kasdien trumpinti akumuliatoriaus resursą. Netvarkingas starteris gali sunaudoti dvigubai daugiau srovės tuo pat metu sėkmingai užvesdamas variklį ir nesukeldamas jokių išoriškai pastebimų simptomų.
Perteklinis krovimas sąlygoja gausesnį dujų išsiskyrimą, akumuliatoriaus elektrolitas pradeda „virti“. Toks „virimas“ ardo akyviąją plokštelių masę, ypatingai teigiamų. Irimo metu susidariusios nuosėdos kaupiasi sekcijos dugne sudarydamos tirštą rudą masę, kurios gali susikaupti tiek kad pažeistu tiek pačias plokšteles, tiek ir separatorius. Šių nuosėdų sankaupos gali tapti ir viena iš plokštelių išsikraipymo arba trumpo sujungimo priežasčių. Dėl pastovaus elektrolito virimo išgaruoja vanduo, todėl būtini dažnesni sekcijų papildymai vandeniu.
Ilgalaikė nepakankama įkrova sąlygoja progresuojantį elektrolito tankio mažėjimą ir šviesesnę plokštelių spalvą dėl smulkių baltų miltelinės struktūros švino sulfato nuosėdų. Šis nuosėdų sluoksnis auga kiekvienąkart naujai įkraunant akumuliatorių gadindamas vieną ar kelias akumuliatoriaus sekcijas. Blogiausiu atveju sugadintos sekcijos pakenkia ir likusioms sveikoms. Jei taip atsitiko, galima bandyti giliu ilgalaikiu įkrovimu atstatyti pažeistų sekcijų funkcijas, tačiau teigiamas rezultatas negarantuotas.
Gnybtų korozija trukdo efektyviam srovės atidavimui. Susidaranti krodavusio sluoksnio plėvelė nelaidi elektros srovei. Kaip taisyklė laidumo pakanka baterijos įkrovimui ir nedidelio amperažo srovės atdavimui, todėl automobilio įranga, nereikalaujanti daug srovės, funkcionuoja normaliai. Problema dažniausiai pasireiškia esant dideliam srovės poreikiui, pavyzdžiui užvedant automobilį.
Jei išorinės korpuso sienelės įtrūkimas lengvai pastebimas dėka besisunkiančio elektrolito, tai vidinių pertvarų įtrūkimus aptikti gan keblu. Išorinis įtrūkimas taip pat gali būti per mažas kad pastebėti elektrolito nuotėkį. Tokį nesandarumą galima itarti jei vieną kažkurią akumuliatoriaus sekciją tenka papildyti dažniau nei likusias. Pastovus nesandarios sekcijos papildymas vandeniu neišvengiamai mažina elektrolito tankį. Vidinis įtrūkimas tarp sekcijų bakelių dažniausiai pasireiškia vienos arba dviejų gretimų sekcijų savaiminiu išsikrovimu. Nepageidautinas srovės nuotėkis atsiranda trūkimo vietoje per elektrolitą. Tokio tipo gedimas dažniausiai pastebimas daugiau kaip 18 mėn atitarnavusiuose akumuliatoriuose.
Trumpas sujungimas sekcijos viduje tarp teigiamų ir neigiamų plokštelių dažniausiai įvyksta dėl pažeisto separatoriaus, susidariusių nuosėdų sekcijos dugne, arba švino sulfatų kristalinių prieaugų. Dažniausi trumpojo jungimo sekcijoje simptomai - elektrolito tankio mažėjimas, greita savaiminė iškrova, akumuliatoriaus įtampos kritimas esant pilnai įkrautoms sekcijoms. „Užtrumpintos“ sekcijos elektrolitas dažniausiai būna nepakankamo tankio tuo metu kai kitose akumuliatoriaus sekcijose elektrolito tankis pakankamas. Akumuliatoriaus su užtrumpinta sekcija įtampa matavimo metu dažniausiai neviršija 11,2V nors elektrolito tankis sekcijose (išskyrus užtrumpintą) pakankamas (1,27).
Sudėvėtas akumuliatorius paprastai nebeturi tokios talpos kokia priklauso pagal jo tipą netgi esant pakankamiems krovimo parametrams. Jei elektrolito tankis kraunant labai greitai pasiekia reikalaujamą, o pilnai įkrautas akumuliatorius išsikrauna gan greitai - tai sudėvėto akumuliatoriaus simptomai. Kiti akumuliatoriaus susidėvėjimo požymiai - rudas, kavos spalvos elektrolitas ir rudos spalvos apnašos ant plokštelių ir jas jungiančių tiltelių.
Jeigu elektrolito lygis sekcijose ilgesnį laiką būna žemesnis plokštelių viršutinės dalies lygio, prasideda nenormalus pagreitintos plokštelių sulfatacijos procesas kurio pasekmė - sekcijos plokštelių deformacijos (išsikraipymas, išsipūtimas). Tai dažniausiai atsitinka laiku nepapildant išgaravusį vandenį sekcijose. Jeigu procesas per daug neįsisenėjęs, užtenka tiesiog papildyti sekcijas distiliuotu vandeniu ir pilnai įkrauti akumuliatorių. Jokiu būdu negalima pildyti elektrolito jei nesate tikri kad jis dingo dėl nutekėjimo ar pan.
Užšalimas kai kuriais atvejais gali visiškai sugadinti akumuliatorių bateriją. Užšalimo proceso metu iš elektrolito išsiskiria ledo kristalai. Formuodamiesi plokštelių aktyviojoje masėje jie plečia ją iš vidaus, o jei aktyviosios masės akytumas padengtas švino sulfato apnašomis, ledo kristalų susidarymas dar pavojingesnis. Plokštelės užšalimo metu gali išsikraipyti, atsiranda aktyviosios masės ištrupėjimo iš deformuotos plokštelės galimybė. Laboratoriniai bandymai rodo, kad užšaldžiųs pilnai pakrautą akumuliatorių (itin žemoje temperatūroje kuri įmanoma tik laboratorijoe), jokių neigiamų pasekmių nepastebėta. Tačiau normaliomis eksploatacijos salygomis užšala tik iškrauti akumuliatoriai kurių sekcijose likes tik vanduo.
Elektrolitas dažniausiai užsiteršia išsiskiriant rūgšties priemaišoms arba švino priemaišoms iš plokštelių. Priemaišos gali išsiskirti ir iš nekokybiško distiliuoto vandens papildant akumuliatoriaus sekcijas. Kai kurių tipų priemaišos gali būti pavojingos akumuliatoriui. Dažniausiai tai geležies priemaišos, kurios proceso metu migruoja tarp teigiamų ir neigiamų plokštelių neprisitvirtindamos prie jų.
Aktyvioji masė dažniausiai ištrupa teigiamose plokštelėse, neigiamose plokštelėse šis reiškinys pasitaiko rečiau. Priežastys gali būti įvairios: aktyvioji masė nepakankamai tvirtai laikosi plokštelės tinklelyje, pati plokštelė pagaminta nekokybiškai arba išsipūtusi nuo ilgalaikių perkrovų, aktyvioji masė per daug kieta ir trapi.
Sulfataciją minėjome įvairiais aspekats, tačiau pabandykime apžvelgti patį procesą iš esmės. Sulfatacija vadinamas švino sulfatų formavimasis ant sekcijų plokštelių paviršiaus arba aktyviosios masės akutėse. Švino sulfatų susidarymą salygoja natūralus baterijos iškrovos procesas. Tokiu būdu susidarantis sulfatas yra smulkių kristalų (miltelių) struktūros ir išnyksta įkrovimo proceso metu. Normalaus lygio sulfatacija neišvengiama akumuliatoruije vykstančių procesų pasekmė ir nėra kenksminga. Tačiau intensyvesnė sulfatacija gali pakenkti plokštelėms ir baterijai. Didžiąja dalimi sulfatacijos proceso intensyvumas priklauso nuo elektrolito tankio ir temperatūros. Intensyvią sulfataciją gali išprovokuoti nepagrįstas sekcijų papildymas elektrolitu, parazitinės srovės nuotėkis, savaiminis sekcijos išsikrovimas.
Dažniausiai sutinkama teigiamų plokštelių tinklelio korozija. Tinklelio koroziją labiausiai provokuoja sulfatato susidarymas. Korodaves sluksnis izoliuoja aktyvią plokštelės masę nuo tinklelio trukdydamas normaliai įkrovai. Korozijos galimybė atsiranda ir susitraukus aktyviajai masei dėl nekokybiškos mišinio sudėties. Koroziją skatina ir kai kurios elektrolito priemaišos - acto, druskos ir azoto rūgštys.
Baterijos poliariškumas gali būti pakeistas giliai iškrautą bateriją klaidingai prijungus prie pakrovimo įtaiso. Sekcijų ploktelės paviršius tampa grubus, kai kurios plokštelės nevisiškai pakeičia poliariškumą ir vienu metu turi ir teigiamos ir neigiamos aktyviosios masės, ko pasekoje vyksta intensyvi savaiminė iškrova plokštelės viduje.
Teigiamos plokštelės eksploatacijos metu nepertraukiamai praranda savo aktyviąją masę ir tuo pat metu „prisiaugina“ ją iš naujo. Jei toks procesas visame plokštelės plote vyksta chaotiškai, atsiranda galimybė formuotis švino oksidui, kuris savo tūriu yra didesnis už šviną. Formuojantis vis daugiau oksido, plokštelės „ūgis“ didėja. Tokį defektą galima pastebėti vizualiai apžiūrint teigiamą gnybtą, jis būna pakilęs kartu su plastiku ir dažnai net išlinkes. Dar viena plokštelių augimo prižasčių - plokštelių gamybos technologija. Valcuojant švino lakštą, švinas suspaudžiamas ir sutankinamas, ko pasekoje tokios technologijos budu pagamintos plokštelės turi didesnį polinkį „augimui“.
Kaip veikia ličio jonų baterijos?
Prevencinės priemonės
Norint išvengti šios problemos, labai svarbu suprasti ličio akumuliatoriaus oksidacijos priežastis. Veiksmingos akumuliatoriaus priežiūros priemonės gali sumažinti oksidacijos tikimybę. Reguliariai tikrinkite savo baterijas ir laikykitės tinkamų įkrovimo ir laikymo procedūrų.
- Reguliarūs patikrinimai: Reguliariai tikrinkite, ar akumuliatoriuose nėra oksidacijos požymių, pvz., spalvos pakitimo ar korozijos.
- Šiluma: Saugokite, kad akumuliatoriai nebūtų aukštoje temperatūroje.
- Akumuliatoriaus kontaktų valymas: Reguliariai valykite akumuliatoriaus kontaktus, kad išvengtumėte korozijos.
Ličio baterijų oksidacijos supratimas ir jos prevencija yra labai svarbi visiems, kurie naudojasi ličio baterijomis. Atpažindami požymius, suprasdami priežastis ir įgyvendindami prevencines priemones, galite užtikrinti savo baterijų ilgaamžiškumą, veikimą ir saugumą.
Ličio baterijų svarba ir perdirbimo iššūkiai
Žalioji revoliucija skatina didėjančią elektrinių transporto priemonių paklausą, o kartu ir augančią žaliavų, reikalingų ličio jonų akumuliatorių automobilių gamyboje, poreikį. Šveicarijos banko analitikai neseniai paskelbė, kad dar iki 2025 metų elektra varomoms transporto priemonėms atiteks apie 14 proc. Pasaulinė kompanija „Adroit Market Research“ netgi paskaičiavo, kad dėl didėjančio elektronikos vartojimo ir elektrinių transporto priemonių paklausos ličio jonų akumuliatorių rinkos dydis iki 2025-ųjų pasieks beveik 105,0 mlrd. „Elektra varomi automobiliai keliuose yra vienas iš svarbiausių būdų, kaip sušvelninti klimato kaitos poveikį, kurį sukelia įprastinės (dyzeliu ir benzinu varomos) transporto priemonės dėl išmetamo anglies dioksido kiekio.
„Volkswagen“ skelbia šiuo metu perdirbantis mažiau nei pusę visų ličio jono baterijos žaliavų. Trumpalaikis automobilių gamintojo tikslas - perdirbti beveik tris ketvirtadalius elektrinės baterijos žaliavų, ilgalaikis - apie 97 procentų. Elektra varomų automobilių baterijų perdirbimas yra itin svarbus mažinant žaliavų sąnaudas.
Atakamos dykuma Čilėje tapo viena judriausių kasybos vietų planetoje po to, kai buvo atrasti didžiuliai vario ir ličio ištekliai Kasyba dar labiau suintensyvėjo dėl augančio ličio, kuris yra būtinas elektrinių akumuliatorių gamybai, poreikio. Praėjusiais metais Čilė eksportavo ličio už beveik 1 mlrd. Tačiau ličio kasybos proceso metu išpumpuojami didelis vandens kiekis ir druskingas purvas - tai turi negrįžtamą poveikį vietos aplinkai, nes sunaikina trapią ekosistemą ir išeikvoja geriamojo vandens atsargas gyventojams. Svarbūs yra ir kiti aspektai. Kongo Demokratinėje Respublikoje itin dažnai kobalto žaliavos gavybai pasitelkiami vaikai, kurie vėliau dėl įkvepiamų dulkių serga plaučių ligomis. „Paklausą šiems metalams didina ir tai, kad tos pačios medžiagos naudojamos ir gaminant mažus akumuliatorius telefonams, kompiuteriams ir kitiems elektronikos prietaisams.
GIA kartu su bendrove „Atliekų tvarkymo centras“ yra sukūrusi infrastruktūrą elektromobilių ir jų akumuliatorių atliekoms surinkti bei tvarkyti (perdirbti).
tags: #akumuliatoriu #gnibtu #zaliavimas #oksidacija